利用“混沌边缘”可大大简化电子芯片 克服信号损失

通过在半稳定材料上使用金属线，该方法可以使长金属线像超导体一样发挥作用并放大信号，通过消除对晶体管放大器的需求并降低功耗，有可能改变芯片设计。

利用混沌边缘技术革新芯片设计

脚趾被撞到后，疼痛信号会立即通过几米长的轴突传到大脑，这些轴突由高电阻肉质材料组成。这些轴突采用一种称为“混沌边缘”或半稳定性的原理，能够快速准确地传输信息。

这项研究通过无机材料传导电流，展示了混沌边缘在人工系统中的作用。通常，混沌边缘会放大噪声。然而，令人惊讶的是，放置在混沌边缘材料顶部的金属线不仅传导了有用信号，还放大了有用信号。这种方法有效地抵消了通常会降低信号完整性的金属电阻损耗。

现代电子芯片由众多元件和大量金属线（称为互连）组成。这些金属线会造成严重的电阻信号损失，从而严重消耗芯片的电量。传统的解决方案是将这些线分成较短的线段，并加入晶体管来增强和中继减弱的信号。

这种创新方法无需晶体管放大器，使长金属线不仅能实现超导体般的零电阻，还能增强小信号。这种进步可以从根本上简化芯片设计并大大提高效率。

沌边缘偏置介质上的金属线可以为时变信号提供有效的负电阻，输出比输入更大的信号。放大的能量来自施加到介质上的静态偏置。图片来源：Brown， TD， 等人 (reMIND)，类似轴突的主动信号传输。《自然》（2024 年）。

推进电子产品信号传输

由于金属本身具有电阻，通过金属导体传输的电信号会减弱强度。为了弥补这一缺陷，传统方法需要反复中断导体以插入可再生信号的放大器。这种技术已使用了一个多世纪，限制了现代密集互连芯片的设计和性能。相比之下，这项研究引入了一种基于利用半稳定混沌边缘 (EOC) 的新方法，这是科学家们理论化但之前从未证明过的机制。该机制支持类似于生物轴突中看到的自我放大的主动信号传输。

利用混沌的半稳定边缘实现高效电子设备

通过电接触钴酸镧 (LaCoO 3 )中的自旋交叉，研究人员分离出半稳定的 EOC，并在金属传输线中引发负电阻和信号放大，而无需单独的放大器，并且温度和压力均为正常。Operando 热图显示，用于维持 EOC 的能量并未完全以热量的形式流失，而是部分被重新定向以放大信号，从而实现持续主动传输，并可能彻底改变芯片设计和性能。