IBM’li bilim adamları küçük iyon akımlarını kullanarak, çipleri çalıştırmanın yeni yolunu keşfettiler. Atomik ölçek boyutlarını anlama ve kontrol edebilme yeteneği, günümüzün silikon bazlı bilgi teknolojileri yerine tamamen farklı ilkelere göre çalışan yeni malzemeler ve aygıtlar tasarlamanın önünü açıyor.
IBM, malzeme biliminde atom düzeyinde çığır açan bir inovasyon duyurdu. Bu buluş günümüzün silikon bazlı aygıtlarından daha az güç kullanacak silinmeyen yeni bir tip bellek ve mantık çipi sınıfı yaratacak bir zemin oluşturmaya aday.
IBM laboratuvarlarındaki bilim adamları mevcut yarıiletken aygıtları çalıştıran geleneksel elektrik yöntemi yerine küçük iyon akımlarını kullanarak, çipleri çalıştırmanın yeni bir yolunu keşfettiler. Bu küçük iyon akımları, insan beyninin çalışma şekli olan, olaya dayalı işleyiş biçimini taklit edebilen yüklü atom akışları olarak nitelendirilebilir.
Geçit elektrotu ve oksit kanalı üzerindeki IL damlacığıyla tipik iyonik sıvı (IL) geçitli aygıtın optik görüntüsü. Altın rengi koruyucu pedler, kablo bağlantıları aracılığıyla aygıtla temas kurmak için kullanılır. Sağda, kanalı (kahverengimsi sarı) ve altın elektrik kontaklarını (parlak sarı) gösteren aygıtın büyütülmüş görüntüsü bulunur. Kanalın sağ ve solundaki kontaklar, kaynak ve boşaltma kontaklarıdır. Diğer dört kontak, 4 tel direnci ve Hall ölçümleri için kullanılır. (Kaynak: IBM)
Günümüzde bilgisayarlar genellikle CMOS süreç teknolojileriyle yapılan yarıiletkenleri kullanıyor ve uzun zamandır bu çiplerin her iki yılda bir performanslarının iki katına çıkacağı, boyutlarının küçüleceği ve maliyetlerinin azalacağı düşünülüyor. Ancak CMOS çiplerini geliştirmek ve inşa etmek için gereken malzemeler ve teknikler, hızla fiziksel ve performans sınırlarına yaklaşıyor. Dolayısıyla da, yüksek performanslı ve düşük güç tüketimli aygıtlar geliştirecek yeni çözümlere yönelik ihtiyaçların yakın dönemde ortaya çıkacağı öngörülüyor.
IBM’li bilim insanları, yalıtkan ve iletken haller arasında metal oksitlerin tersine çevrilebilir biçimde dönüştürülmesinin mümkün olduğunu gösterdi. Bu dönüştürme, oksit sıvı ara yüzlerindeki elektrik alanları kanalıyla oksijen iyonlarının eklenmesi ve kaldırılmasıyla sağlanıyor.
Yapısı itibariyle yalıtkan olan oksit malzemeler, iletken duruma dönüştürüldüklerinde IBM deneyleri, aygıta verilen güç kesildiğinde bile malzemelerin sabit metal halini koruduğunu kanıtladı. Silinmeyen bu özellik, yeni geliştirilen metotla çalışan aygıtları kullanan çiplerin verileri daha verimli ve sabit elektrik akımlarıyla depolayacakları ve aktaracakları anlamına geliyor. Bu kalıcı özellik, bu yeni yöntemi kullanarak çalışan çipli cihazların verileri daha etkin ve olay-temelli olarak depolayabilecekleri ve kullanabilecekleri anlamına geliyor. Böylece cihazlardaki metal hali korumak için sabit elektrik akımlarında tutulmasına gerek kalmıyor.
Malzeme biliminde atom düzeyinde çığır açan bu yeniliği değerlendiren IBM Türk Teknoloji Lideri Kıvanç Uslu açıklıyor: “Atom ölçeğinin boyutlarını anlama ve kontrol edebilme yeteneğimiz, günümüzün silikon bazlı bilgi teknolojileri yerine tamamen farklı ilkelere göre çalışan yeni malzemeleri ve aygıtları tasarlamamızı sağlar. Maddenin halini tersine çevrilebilir biçimde denetlemek için mevcut yük tabanlı aygıtlardan çok küçük iyon akımlarını kullanan aygıtlara geçmek, yeni tipte mobil cihazların ortaya çıkma potansiyelini de yaratıyor. Üç boyutlu yepyeni mimarilerde bu aygıtların ve kavramların kullanılması, bilgi teknolojisi sektörü açısından da çok önemli bir gelişmedir.”
Çığır açan bu yeniliğe ulaşmak için IBM araştırmacıları, yalıtkan bir oksit malzeme olan vanadyum dioksite pozitif yüklü iyonlu sıvı elektrolit uyguladılar ve başarılı bir şekilde metale çevirdiler. Orijinal yalıtkan durumuna döndürmek için negatif yüklü iyonlu bir sıvı elektrolit uygulanana kadar madde, metal halini korudu.
Uzun yıllardır metalden yalıtkana geçiş malzemeleri için metaller üzerine kapsamlı araştırmalar yapılıyor. Ancak, daha önce elde edilen sonuçların aksine IBM yoğun elektrik alanlarına maruz kaldığında oksit malzemenin durumundaki değişikliğin sebebinin metal oksitlere oksijen eklenmesi ve kaldırılması olduğunu ortaya çıkardı.
İletkenden yalıtkan duruma geçiş, daha önceleri sıcaklığın değiştirilmesi ya da dış basınç uygulanmasıyla gerçekleştirilmişti. Fakat her iki yöntemin de aygıt uygulamaları için uygun olmadığı görülmüştü.