Virrattomien logiikkapiirien data luetaan ja kirjoitetaan valolla – Totta vai science fictionia?
Jos Tampereen teknillisen yliopiston monialainen tutkijakonsortio onnistuu haastavassa tehtävässään, toimivat logiikkapiirit tulevaisuudessa ilman virtaa. Tällainen logiikkapiiri olisi pienempi, nopeampi ja energiatehokkaampi kuin mikään kehitteillä oleva piiri.PhotonicsQCA-tutkimushankkeessa kehitetään uraauurtava teknologia-alusta uuden sukupolven nanoelektronisille laitteille ja logiikkapiireille yhdistämällä orgaanisen kemian, puolijohdeteknologian ja nanovalmistuksen asiantuntemusta.
–Pitkän aikavälin tavoitteemme on kehittää ennennäkemätön tapa valmistaa logiikkapiirejä sekä lukea ja kirjoittaa piirien dataa. Teknologiamme perustuu kvanttipistesoluautomaattiin, joka mahdollistaa logiikkapiirin toiminnan ilman virran kulutusta, kertoo hanketta koordinoiva professori Donald Lupo elektroniikan laitokselta.
Nykyisten mikropiirien virrankulutus ja sen tuottama hukkalämpö ovat piirien toiminnan tehostamisen suurimpia haasteista. Uuden teknologian avulla elektroniikkalaitteet eivät enää lämpene ja energiaa säästyy.
Tutkimuskonsortio valmistaa logiikkapiirejä liittämällä kvanttipisteinä tunnettuihin puolijohderakenteisiin optisen valoantennin tavoin toimivia valoaktiivisia orgaanisia molekyylejä. Kun antenneihin kohdistetaan valoa sopivalla aallonpituudella, ne säätelevät varausten muodostumista ja siirtymistä kvanttipistejoukossa. Onnistuessaan tämä mahdollistaa sen, että vaikeasti valmistettavia, äärimmäisen pieniä, muutaman nanometrin sähköliitäntöjä enää tarvita, koska data voidaan lukea ja kirjoittaa valolla.
– Sikäli kun tiedämme, tätä ei ole koskaan ennen yritetty. Jos saavutamme nämä tavoitteet, kyseessä on huikea tieteellinen läpimurto, Lupo toteaa.
Tutkimushankkeen uraauurtava idea vakuutti myös Suomen Akatemian. Ryhmä sai hankkeelleen 1,6 miljoonan euron rahoituksen. Kyseessä on TTY:n suurin nanofotoniikkaprojekti. Sen kokonaisbudjetti on 2 miljoonaa euroa.
PhotonicsQCA-projektissa yhdistyvät TTY:n elektroniikan laitoksen tietotaito uusista arkkitehtuureista, ORC:n maailmanluokan asiantuntemus epitaksiaalisesta puolijohteiden kasvatuksesta ja nanovalmistuksesta sekä kemian laboratorion tietämys ja kokemus supramolekulaarisen valokemian tutkimusalueelta. Lupon johtaman tutkimusryhmän lisäksi tutkimuskonsortioon kuuluvat professoreiden Mircea Guinan ja Tapio Niemen ryhmät TTY:n optoelektroniikan tutkimuskeskuksesta (ORC) sekä Nikolai Tkachenkon ja Helge Lemmetyisen tutkimusryhmä kemian ja biotekniikan laitokselta.
– Monitieteisessä tutkimushankkeessamme on ainutlaatuinen yhdistelmä tietotaitoa ja osaamista. Teknologiset haasteet ovat mittavia, mutta hankkeessa piilee valtavasti potentiaalia, Lupo iloitsee.
Nelivuotista hanketta rahoittaa Suomen Akatemia Ohjelmoitavien materiaalien ohjelmasta. Ohjelmoitavilla materiaaleilla on käyttökohteita esimerkiksi lääketieteen, tieto- ja informaatioteknologian, biotekniikan ja energiatekniikan sovelluksissa.
Lisätietoja:
Tampereen teknillinen yliopisto
professori Donald Lupo, puh. 040 849 0614, donald.lupo@tut.fi
professori Tapio Niemi, puh. 050 401 6509, tapio.k.niemi@tut.fi
professori Helge Lemmetyinen, puh. 040 581 1347, helge.lemmetyinen@tut.fi