Redox Gating Dapat Membawa Tingkat Efisiensi Baru pada Elektronik Miniatur

Meningkatkan Mikroelektronika dengan Redox Gating

Mikroelektronika seperti chip komputer menggunakan transistor yang semakin kecil, yang menyebabkan kesulitan yang semakin besar dalam memproduksinya secara efisien.

Hal ini juga menimbulkan masalah yang semakin besar terkait konsumsi daya dan pengelolaan panas yang dihasilkan.

Ledakan AI berarti konsumsi daya ini dapat meledak, denganperkiraan bahwa pada tahun 2030 AI dapat menyumbang 3% hingga 4% dari permintaan daya global. Ini terjadi sebelum ledakan komputasi kuantum, sebuah bidang yang kami bahas kemajuan terbarunya dalam artikel kami “The Current State of Quantum Computing.”

Akibatnya, diperlukan cara-cara baru untuk memanipulasi elektron, termasuk pada tingkat kuantum.

Jadi, kabar menggembirakan bahwa peneliti di Argonne National Laboratory milik Departemen Energi AS (DOE) telah menunjukkan jenis sistem mirip transistor baru yang beroperasi dengan tegangan jauh lebih rendah, yang disebut Redox Gating.

Apa Itu Redox Gating?

Dalam publikasi mereka, “Redox Gating for Colossal Carrier Modulation and Unique Phase Control,” mereka menjelaskan prinsip dasar Redox Gating dan elektronik berbasis redoks.

Biasanya, transistor silikon mengandalkan medan listrik untuk mengontrol aliran elektron yang digunakan transistor untuk melakukan komputasi.

Sebaliknya, redox gating menggunakan arus bertegangan rendah dan menerapkannya pada “gerbang elektron.” Ketika tegangan melebihi ambang tertentu, gerbang terbuka dan membiarkan elektron lewat. Elektron disediakan oleh material redoks (molekul yang dapat “menyerahkan” elektron), sehingga dinamakan “redox gating.”

Material redoks dapat diulang siklusnya tanpa kerusakan, memungkinkan reaksi yang lebih bersifat kimia daripada elektronik untuk diulang hampir tak terbatas.

Sumber: Advanced Materials

Para peneliti menunjukkan prinsip redox gating dengan tidak kurang dari 3 material berbeda:

• polimer (ionic liquids) terkonjugasi (PILs)
• PILs yang mengandung logam
• garam logam sederhana.

Dielektrik gerbang berkapasitansi tinggi dibuat dengan tungsten (VI) oksida (WO3) dan vanadium (IV) oksida (VO2).

Pekerjaan penelitian ini dimungkinkan berkat instalasi yang sudah ada sebelumnya yang membantu memproduksi material dan menganalisis gerbang redoks seperti Argonne’s Center for Nanoscale Materials dan Argonne’s Advanced Photon Source.

Potensi Redox Gating

Konsumsi Daya

Karena gerbang redoks yang diuji beroperasi dengan daya serendah setengah volt, hal ini dapat membuka jalan bagi mikroelektronika yang mengonsumsi sangat sedikit daya dan menghasilkan sangat sedikit panas.

Efisiensi daya yang lebih tinggi dan kebutuhan pendinginan yang berkurang mungkin menjadi sangat penting karena kapasitas komputasi dan energi yang digunakannya dapat menjadi titik bottleneck bagi kemajuan AI selanjutnya.

Fleksibilitas mekanisme redox gating juga dapat “membuka jalan bagi adopsi material yang ramah lingkungan dan pengembangan arsitektur perangkat inovatif”.

Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum adalah bidang yang sedang berkembang yang menjanjikan penyelesaian masalah yang secara praktis tidak dapat dihitung dengan transistor silikon biasa.

Redox Gating juga dapat berkontribusi pada kemajuan komputasi kuantum. Lebih khusus lagi, ia dapat membantu mengembangkan gerbang logika kuantum yang beroperasi dengan daya rendah.

Mengingat komputer kuantum telah beralih dari beberapa qubit menjadi baru-baru ini melewati ambang ribuan qubit, menjaga konsumsi daya tetap terkendali mungkin diperlukan agar bidang ini menjadi layak secara komersial.

Perhitungan Mirip Otak

Aspek menjanjikan lain dari redox gating adalah bahwa ia beroperasi pada tegangan sangat rendah dan memungkinkan penyetelan halus aliran elektron.

Inilah cara neuron manusia memproses dan memperkuat sinyal listrik. Oleh karena itu, hal ini pada akhirnya dapat memungkinkan pengembangan desain chip elektronik yang beroperasi seperti otak.

Mengingat otak kemungkinan “menghitung” melalui elemen perhitungan analogik bertegangan rendah (gradien alih-alih 1 & 0 mutlak) dan kemungkinan efek komputasi kuantum (teori pikiran kuantum), ini mungkin menjadi satu‑satunya cara untuk menciptakan AI dengan kemampuan mirip manusia atau kesadaran sejati.

Kesimpulan

Redox Gating mungkin pada awalnya tampak sebagai ide yang sangat samar dan niche dalam mikroelektronika.

Namun, hal ini menunjukkan bahwa semikonduktor dan komputasi jauh dari sekadar mengurangi ukuran transistor. Bersama inovasi lain, ini dapat membuka jalan bagi chip bertegangan rendah, menghasilkan panas sedikit, dan beracun rendah.

Dan mereka bahkan mungkin meningkatkan potensi komputasi kuantum serta menjadi blok bangunan sistem komputasi mirip otak dalam beberapa dekade mendatang.