Учеными сделано открытие, которое поможет сделать электронику «быстрее»
По мнению международной команды инженеров, квазичастица, которая перемещается вдоль поверхности раздела металла и диэлектрического материала, может быть решением проблем, вызванных усадкой электронных компонентов.
«Микроэлектронные чипы сегодня повсеместно распространены», — сказал Ахлеш Лахтакия, профессор Университета Эвана Пью и профессор технических наук и механики Чарльза Годфри Биндер, штат Пенсильвания. «Время задержки распространения сигнала в межсоединениях из металлического провода, электрические потери в металлах, приводящие к повышению температуры, и перекрестные помехи между соседними межсоединениями, возникающие в результате миниатюризации и уплотнения, ограничивают скорость этих микросхем».
Эти электронные компоненты находятся в наших смартфонах, планшетах, компьютерах и системах безопасности, и они используются в больничном оборудовании, оборонных установках и нашей транспортной инфраструктуре.
Исследователи исследовали различные способы решения проблемы соединения различных миниатюрных компонентов в мире постоянно сокращающихся цепей. Хотя фотоника, использование света для передачи информации, привлекательна из-за своей скорости, этот подход проблематичен, потому что волноводы для света больше, чем современные микроэлектронные схемы, что затрудняет соединения.
Импульсно-модулированная SPP-волна, движущаяся вправо, направляемая поверхностью раздела диэлектрического материала (вверху) и металла (внизу), внезапно сталкивается с заменой диэлектрического материала воздухом. Большая часть энергии передается на поверхность раздела воздух / металл, но часть отражается на границе раздела диэлектрик / металл. Видео занимает 120 фемтосекунд.
Исследователи сообщают в недавнем выпуске Scientific Reports, что «сигнал может распространяться на большие расстояния без значительной потери точности» и что «сигналы могут передаваться с помощью SPP-волн на нескольких десятках микрометров (воздуха) в микроэлектронных микросхемах».
Они также отмечают, что расчеты показывают, что волны SPP могут передавать информацию за вогнутый угол — ситуация, наряду с воздушными зазорами, которая является обычной в микросхеме.
Импульсно-модулированная SPP-волна, движущаяся вправо, направляемая поверхностью раздела диэлектрического материала (вверху) и металла (внизу), внезапно сталкивается с заменой диэлектрического материала воздухом. Большая часть энергии передается на поверхность раздела воздух / металл, но часть отражается на границе раздела диэлектрик / металл. Видео занимает 120 фемтосекунд. Кредит: Ахлеш Лахтакия, Penn State
СПП — это групповое явление. Эти квазичастицы движутся вдоль границы раздела проводящего металла и диэлектрика — непроводящего материала, который может поддерживать электромагнитное поле — и на макроскопическом уровне представляются в виде волны.
По словам Лахтакии, именно СПП придают золоту особый мерцающий блеск. Поверхностный эффект, при определенных условиях электроны в металле и поляризованные заряды в диэлектрическом материале могут действовать вместе и формировать SPP-волну. Эта волна, управляемая границей раздела двух материалов, может продолжать распространяться, даже если металлическая проволока имеет разрыв или металлическая диэлектрическая поверхность раздела резко обрывается. Волна SPP может распространяться в воздухе в течение нескольких десятков микрометров или эквивалентного 600 транзисторов, уложенных встык в чипы с технологией 14 нанометров.
Волны SPP также распространяются только в непосредственной близости от интерфейса , поэтому они не создают перекрестных помех.
Проблема использования SPP-волн при проектировании схем заключается в том, что, хотя исследователи экспериментально знают, что они существуют, теоретические основы этого явления были менее определены. Уравнения Максвелла, которые управляют SPP-волнами, охватывают континуум частот и являются сложными.
«Вместо того чтобы решать уравнения Максвелла по частоте, что нецелесообразно и приводит к изнурительным ошибкам вычислений, мы сделали несколько снимков электромагнитных полей», — сказал Лахтакия.
Эти снимки, соединенные вместе, становятся фильмом, показывающим распространение импульса SPP с импульсной модуляцией.
«Мы изучаем сложные проблемы», — сказал Лахтакия. «Мы изучаем проблемы, которые были неразрешимы 10 лет назад. Улучшенные вычислительные компоненты изменили наш взгляд на эти проблемы, но нам все еще нужно больше памяти».
