近日，來自弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的研究人員結(jié)合自旋電子學(xué)和形變電子學(xué)的前沿技術(shù)，設(shè)計(jì)了或許是世界上最吝嗇的集成電路，消耗的能量極低，甚至可以認(rèn)為是不需要提供外部能源。根據(jù)研究人員的設(shè)計(jì)思路，所提出的集成電路模式運(yùn)行只需要少量的能量，甚至沒有必要為其提供能量。

它的運(yùn)行可以從周圍環(huán)境中獲取能量，而控制集成電路的并不是傳統(tǒng)意義上的開關(guān)，而是基于計(jì)算機(jī)編碼的0和1。而關(guān)于電路儲(chǔ)存的問題，則是利用自旋電子學(xué)電子的向上向下的自旋來儲(chǔ)存。

利用電子自旋設(shè)計(jì)的超級(jí)低耗能的集成電路實(shí)現(xiàn)了新的能量來源

該集成電路中應(yīng)用到的自旋電子學(xué)是通過新方法來控制電子的自旋自由度，而電子的自旋，是量子力學(xué)中粒子所具有的內(nèi)在屬性，而自旋并不能理解成經(jīng)典力學(xué)中自轉(zhuǎn)的概念，兩者具有本質(zhì)上的區(qū)別。而例如對(duì)磁性半導(dǎo)體等新材料的深入研究，可以更好地滿足符合自旋電子元件的要求。

通過電子的自旋我們就會(huì)得到一個(gè)0的結(jié)果，而轉(zhuǎn)換為另一種自旋方式，我們就會(huì)得到一個(gè)1的結(jié)果。這種轉(zhuǎn)換方式是利用提供磁場或者依靠一個(gè)自旋極化電流脈沖而實(shí)現(xiàn)的。且在切換的過程中，基于自旋電子學(xué)設(shè)計(jì)的集成電路比普通電子學(xué)設(shè)計(jì)的集成電路，只要更少的能量就能運(yùn)行。然而，如果該集成電路要提高運(yùn)行速度，將處理能力接近峰值，就會(huì)出現(xiàn)能量流失，這些能量本身就是來自周圍的環(huán)境，當(dāng)運(yùn)行速度最大化的時(shí)候，這個(gè)機(jī)制下儲(chǔ)存的能量將轉(zhuǎn)化為磁能而散發(fā)出去。

針對(duì)這一問題的解決方案，在AIP應(yīng)用物理快報(bào)上刊登了出來。使用一種被稱為多鐵性材料的特殊復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。多鐵性特殊復(fù)合材料是一種多功能的用于設(shè)計(jì)小型化為目標(biāo)的材料，多鐵性材料其具有鐵電性，而且又具有鐵磁性，具有磁電復(fù)合的功能，正是由于這種材料具備兩種屬性，因而其能通過鐵磁性的耦合復(fù)合產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，在電器元件的小型化設(shè)計(jì)中，這是一種應(yīng)用廣泛的且具有特殊性能的材料。

這些復(fù)合材料由一層壓電材料親密接觸到磁力控制的納米級(jí)磁鐵上，產(chǎn)生形狀的改變。當(dāng)一個(gè)微小的電壓通過整個(gè)集成電路結(jié)構(gòu)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生壓電層，這個(gè)壓電層就會(huì)轉(zhuǎn)化成磁力控制的形變。而形變產(chǎn)生的磁性方向的改變，從而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。隨著材料的正確選擇，能量的耗散還能降至最低，從而提高集成電路的能量供應(yīng)。這項(xiàng)研究的設(shè)計(jì)目的就是研制一個(gè)極低功率消耗的集成電路，且具有較高的密度，不易失去磁性的邏輯和存儲(chǔ)系統(tǒng)。