Чипы и полупроводники

Три исследовательских направления, переопределяющих транзистор, память и материалы полупроводников

Недавние исследования MIT, американских и южнокорейских университетов рассматривают три различных направления в аппаратном обеспечении: бактериальные схемы для экологического мониторинга, антиферромагнитное устройство, использующее забывание для обработки временных рядов, и высокоэнтропийный материал, сочетающий полупроводниковую проводимость с низкой теплопроводностью.

2026-08-25
3 мин. чтения
215 просмотров
certi.news Editorial Team
Три исследовательских направления, переопределяющих транзистор, память и материалы полупроводников

Три недавних исследования предлагают различные пути расширения понятия полупроводников за пределы традиционных структур: схемы из бактериальных колоний, способные выполнять логические операции; устройство на основе антиферромагнитных материалов, сохраняющее последние входные данные и забывающее более ранние; и высокоэнтропийный оксидный материал, сочетающий полупроводниковые свойства с очень низкой теплопроводностью. Эти результаты были опубликованы в отдельных исследованиях, а сайт Semiconductor Engineering рассмотрел их 25 августа 2026 года.

Бактерии выполняют логические операции

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) спроектировали бактерии Pantoea agglomerans, чтобы они работали как транзисторы в схемах для экологического мониторинга. Команда разработала два типа транзисторов: один включается молекулой OC-6, тогда как другой выключается в присутствии той же молекулы. В обоих случаях транзистор обнаруживает целевую молекулу OC-12, а затем производит выходную молекулу под названием OHC-14.

Исследователи использовали три бактериальных штамма для преобразования сигнала OHC-14 в выходной сигнал, который можно передать другому транзистору. Бактериальные колонии наносили на чашки с агаром, оставляя между колониями расстояние около 5 миллиметров, чтобы сигналы передавались ближайшей колонии, а затем следующей в одном направлении.

Эксперименты продемонстрировали выполнение многовходовых логических элементов «И», «ИЛИ» и «импликация», а также объединение транзисторов для построения схем сложения двух сигналов, обработки нескольких сигналов и демультиплексора. Крупнейшая схема содержала 24 бактериальные колонии. Однако каждая вычислительная операция занимает около восьми часов — время, которое исследователи сочли подходящим для биологических применений, но не для замены традиционных компьютеров. Команда надеется использовать эти схемы на листьях или корнях растений для обнаружения экологических стрессов и реагирования на них.

Забывание как вычислительная функция

В Южной Корее исследователи из Сеульского национального университета и Университета Сонгюнгван разработали полупроводниковое устройство на основе антиферромагнитного материала, способное сохранять последние входные данные и автоматически забывать более старую информацию. Двухконтактное устройство объединяет диоксид циркония и аморфный оксид индия, галлия и цинка (a-IGZO).

Оптимизация состава a-IGZO привела к заметным различиям тока даже при ограниченных изменениях состояния устройства и обеспечила отношение тока во включённом и выключенном состояниях около 890. Устройство также различало 16 различных комбинаций 4-битных входных данных, а его точность распознавания рукописных цифр достигла 90,4% при сокращении входных данных на 75%.

Что меняется на практике? Вместо того чтобы считать возвращение материала в исходное состояние после снятия напряжения недостатком, исследователи использовали это как механизм «забывания», служащий обработке данных временных рядов. По словам команды, устройство объединяет нелинейное преобразование, кратковременную память и естественную инициализацию в одном компоненте, однако исследователи всё ещё планируют уменьшить площадь устройства и проверить схемы на уровне матрицы, прежде чем масштабировать его до периферийной системы искусственного интеллекта для звуковых, биологических и экологических сигналов.

Смешивание множества элементов для создания нового материала

Исследователи Университета Карнеги — Меллона и Университета штата Пенсильвания превратили изолирующий оксид металла в полупроводник с помощью высокоэнтропийного смешивания. Материал A₆WO₄ основан на включении марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка в каркас оксида вольфрама в единой кристаллической структуре, известной как вольфрамит.

Материал сочетает полупроводниковый транспорт с чрезвычайно низкой теплопроводностью — два свойства, которые, по словам исследователей, обычно трудно объединить в оксидах. Значение результата заключается в том, что химический беспорядок использовался не случайно, а как способ одновременно регулировать электронные и тепловые свойства. Команда считает, что это может открыть путь к материалам для термоэлектрических устройств, преобразующих отходящее тепло в электричество, хотя такое применение пока относится к исследовательским возможностям и требует дальнейшей разработки.

Источник новости
c
Автор

certi.news Editorial Team

Что важно знать

В статье рассматриваются три исследовательских направления, расширяющих применение полупроводников: бактериальные схемы для экологического мониторинга, антиферромагнитная память, использующая забывание для обработки временных рядов, и высокоэнтропийный оксидный материал, сочетающий полупроводниковую проводимость с низкой теплопроводностью. Широкое практическое применение этих результатов всё ещё находится на стадии исследований и разработок.

  • Исследователи из MIT инженерно изменили бактерии Pantoea agglomerans, чтобы они выполняли транзисторные функции и логические операции на основе химических сигналов.
  • Крупнейшая бактериальная схема содержала 24 колонии, однако выполнение операции занимает около восьми часов, что делает её более подходящей для биологических приложений, чем для традиционных вычислений.
  • Корейские исследователи разработали антиферромагнитное устройство, которое сохраняет недавние входные данные и автоматически забывает более старые для обработки данных временных рядов.
  • Устройство продемонстрировало отношение токов во включённом и выключенном состояниях около 890 и точность 90,4% при распознавании рукописных цифр, сократив объём входных данных на 75%.
  • Исследователи из Carnegie Mellon и Пенсильванского университета разработали высокоэнтропийный материал A₆WO₄, сочетающий полупроводниковую проводимость с низкой теплопроводностью.
  • В будущем материал может применяться в термоэлектрических устройствах, однако это остаётся исследовательской возможностью, требующей дальнейшей разработки.

Частые вопросы

Каковы предлагаемые применения бактериальных схем?

Исследователи надеются использовать их на листьях или корнях растений для мониторинга экологических стрессов и реагирования на них.

Как антиферромагнитное устройство использует забывание?

Устройство использует возвращение материала в исходное состояние после снятия напряжения как механизм автоматического забывания более старой информации, что помогает обрабатывать временные ряды.

Каков состав материала A₆WO₄?

Он содержит марганец, железо, кобальт, никель, медь и цинк в структуре оксида вольфрама с кристаллической структурой типа шеелита.

В той же категории

Вам также может понравиться

Все новости