达拉斯德克萨斯大学 医生
材料科学与工程教授赵京杰和他在德州大学达拉斯分校的合作者开发了基于氧化锌的多值逻辑晶体管的基础物理学
学分:达拉斯德克萨斯大学 几十年来，计算机和类似的电子设备变得越来越快，越来越小，因为计算机芯片制造商已经学会了如何缩小单个晶体管，即传递数字信息的微小电子开关
科学家对尽可能小的晶体管的追求使得更多的晶体管被封装到每个芯片上
但是，向底部的竞赛几乎已经结束:研究人员正在快速接近晶体管尺寸的物理最小值，最近的模型缩小到大约10纳米——或者仅仅30个原子——宽
“电子设备的处理能力来自单个计算机芯片上互连的数亿或数十亿个晶体管。”
达拉斯德克萨斯大学材料科学与工程教授赵京杰
“但我们正迅速接近规模的下限
" 为了扩展对更快处理速度的追求，微电子工业正在寻找替代技术
Cho的研究发表在4月30日的《自然通讯》杂志上，可能会通过扩大晶体管的词汇量来提供一个解决方案
传统的晶体管只能传递两种信息:作为开关，晶体管要么导通，要么截止，这就意味着二进制语言的1和0
在不增加更多晶体管的情况下增加处理能力的一种方法是通过在二进制设备的开和关状态之间引入中间状态来增加每个晶体管传递的信息量
基于这一原理的所谓多值逻辑晶体管将允许在单个设备中处理更多的操作和更大量的信息
“多值逻辑晶体管的概念并不新鲜，已经有许多制造这种器件的尝试，”周说
“我们做到了
" 通过理论、设计和模拟，周在德州大学达拉斯分校的团队开发了基于氧化锌的多值逻辑晶体管的基础物理
他们在韩国的合作者成功地制造并评估了原型装置的性能
左边的图片显示了两种形式的氧化锌结合在一起形成了一种新型晶体管的复合纳米层:氧化锌晶体(红色圆圈内)嵌入无定形氧化锌中
右边的图像是显示电子密度分布的结构的计算机模型
学分:达拉斯德克萨斯大学 Cho的设备有两种电子稳定可靠的中间状态，介于0和1之间，将每个晶体管的逻辑值从两个增加到三个或四个
赵说，这项新的研究意义重大，不仅因为这项技术与现有的计算机芯片配置兼容，还因为它可以弥合当今计算机和量子计算机之间的差距，量子计算机是计算能力的下一个潜在里程碑
虽然传统的计算机使用精确的1和0值进行计算，但量子计算机的基本逻辑单元更加灵活，其值可以同时存在于1和0的组合中，也可以介于二者之间
尽管大规模量子计算机尚未实现商业化，但理论上讲，它们能够存储更多的信息，并比目前的计算机更快地解决某些问题
“包含多级逻辑的设备将比传统计算机更快，因为它不仅仅使用二进制逻辑单元
有了量子单位，你就有了连续的值，”周说
“晶体管是一项非常成熟的技术，量子计算机离商业化还差得很远，”他继续说道
“有一个巨大的差距
那么我们如何从一个地方转移到另一个地方呢？我们需要某种进化途径，一种连接二进制和无限自由度的技术
我们的工作仍然基于现有的设备技术，所以它不像量子计算那样具有革命性，但它正在朝着这个方向发展
" Cho和他的同事开发的技术使用了一种新的结构，将两种形式的氧化锌结合起来形成一个复合纳米层，然后将该复合纳米层与超晶格中的其他材料层结合在一起
研究人员发现，他们可以通过在无定形氧化锌中嵌入被称为量子点的氧化锌晶体来实现多值逻辑所需的物理特性
构成无定形固体的原子不像在结晶固体中那样严格有序
“通过对这种材料进行工程改造，我们发现我们可以创造一种新的电子结构，使这种多层次的逻辑行为成为可能，”已经申请了专利的周说
“氧化锌是一种众所周知的材料，容易形成结晶固体和无定形固体，所以它是一个明显的选择，但它可能不是最好的材料
我们的下一步将看看在我们试图优化技术时，这种行为在其他材料中有多普遍
“展望未来，我还想看看我们如何将这项技术与量子设备相结合
"
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