科学家制成超低能耗集成电路

光电人

美国弗吉尼亚联邦大学的科学家日前宣称，他们开发出一种或许是世界上能耗最低的集成电路。这种电路所需的能量极少，甚至没有必要为其安装电池，从周围环境获取的微量能量就已足够维持运行。研究人员称，该技术有望在植入式医疗设备、浮标和环境检测等领域发挥重要作用。相关论文发表在美国《应用物理快报》（APL）杂志上。

这种电路使用了一种被称为“多铁性材料”的特殊复合材料，由压电材料和磁致伸缩的纳米磁铁组成。这种结构的材料能够将环境中的机械能或振动转化为运行所需的能量，从而实现从环境取电的功能。

在数据存储和传输上，与用接通和断开来表示0和1的传统电路不同，这种集成电路利用自旋电子学中电子自旋的两种状态来代表二进制中的两个基础代码。因此，整个切换过程中该设备只需要非常小的能量。

研究人员称，由于选用了这些特殊材料，整个电路所需的能量只有0.4阿焦耳（1阿焦耳=10－18焦耳），这个数字比传统晶体管要小4个数量级。这种设计可创造超低功耗、高密度、非易失性的存储器和逻辑芯片。

该技术在很多领域都有着潜在的应用前景，如在植入式医疗设备中使用时，可省去电池模块，从患者身体运动中即可获取能量；这种技术同样可以用在海上浮标的计算机中，海浪将是其源源不断的能量来源。此外，由这种技术制成的处理器还适用于制造用来检测建筑或桥梁状态的传感器，建筑或桥梁的自然振动或来往车辆都能为其提供能量。