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美国橡树岭实验室（ORNL）的研究发现，一类复杂的氧化物能够自我组织成电路。该发现有望应用于制造新的非硅基电脑芯片。
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图片来源：橡树岭国家实验室
美国橡树岭国家实验室的科研人员近日在《Advanced Electronic Materials》期刊上发表了一篇最新的论文，着重研究了一种复合金属氧化物纳米材料的独特性质。这一性质将有望让信息产业迈进非硅基时代，而论文也因此登上了期刊封面。
科学家们在研究中发现，一种单晶复合氧化物在微米/纳米尺寸下能通过相分离（phase separation）使得材料内部的极小区域具有不同的电磁性质，进而可以实现多组件电路的功能。科研人员利用此特征，提出了复杂的多组件电路的设想。
ORNL 的扎克·沃德（Zac Ward）是这篇论文的作者之一。他认为新材料最吸引人的地方是同一材料内部同时存在着具有不同的电磁性质“相区”（phases），这些相区可以被看成是电路中不同的元器件。此外，通过这些相区能够被“移动”，为电路的“可擦写”提供了可能性。
新材料的特殊性使其既可以对磁场，也可以对电场做出响应，这让人们看到了新型计算机芯片的可能。
沃德说道：“这是一条电子元件全新的设计思路，我们将不仅仅是通过电场来控制数位的开关，用这么最“原始”的方法来控制电路。在这种新的设计框架下，所有的功能性元件将被整合到单一材料中，然后通过整合后的外部复合信号实现控制。”
虽然ORNL的“多功能芯片”尚处在理论研究阶段，但是他给飞速发展的信息产业提供了一条全新的思路，这将进一步推动迈向非硅基芯片时代的进程。多功能芯片意味着能够处理不同的输入输出，并且能够根据实际应用调整优化芯片结构。
沃德认为传统芯片是将不同功能的芯片集成到一块主板上，而新材料则是通过材料本身的不同“相区”来实现不同功能。这可以大大降低芯片的尺寸和功耗。目前的研究都是在一种叫LPCMO（镧La 镨Pr 钙Ca 锰Mn 氧O五种元素符号）的材料上进行，沃德强调还有很多其他性质的相分离材料可以挖掘。
硅基时代的芯片，人们总是尝试用同一种类型的芯片来适应所有的需求。而随着计算机往超算、桌面电脑、移动手机的不同方向分化，新的材料能够根据不同的硬件应用的需求来最大程度提高芯片的性能，这是也沃德他们科研团队的终极目标。
编辑：段鲸鱼
参考：
Herklotz, A, et al, Multimodal Responses ofSelf‐Organized Circuitry in Electronically Phase Separated Materials, Advanced Electronic Materials 2016.
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