據物理學家組織網近日報道，美國科學家提出一種完全用碳制成運算元件的設計方案。他們表示，這一元件未來能被制造得比硅晶體管更小，且性能更好，有望替代硅晶體管，大大提升計算機的運算速度。研究發表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

現有電子設備離不開晶體管，這種微小的硅結構器件類似開關，能打開和關閉電流。近年來，工程師們一直在想方設法利用電子的自旋屬性，制造新型晶體管和自旋電子設備。例如，用石墨烯等碳材料制造集成電路的基本運算組件——邏輯門，但迄今尚未成功使這種新型邏輯門實現有效的“級聯”，即把信號依次傳遞下去。現在，得克薩斯大學達拉斯分校電子和計算工程學助理教授約瑟夫·弗里德曼領導的團隊提出了一種能實現級聯效果的全新設計方案，且能在沒有物理接觸的情形下“無線”傳遞信號。

在新的自旋電子電路設計方案中，科學家們使用了碳納米管和石墨烯納米帶兩種碳材料，后者指寬度小于50納米的石墨烯條帶。基于電磁學的基本原則，電子流經碳納米管形成電流，電流產生磁場，磁場影響附近石墨烯納米帶內的電流，從而實現多個邏輯門之間的級聯。

研究人員認為，由于石墨烯納米帶之間的通訊通過電磁波進行，不像硅半導體通過電子的流動實現，因此，新計算系統的通訊速度會快很多，時鐘頻率有望達到太赫茲（每秒一萬億次），比當前主流計算機快1000倍。另外，新原件能被制造得比硅基晶體管小得多，而目前硅基晶體管的大小幾乎接近極限。

這一設計方案目前仍處于藍圖階段，弗里德曼表示，他們計劃下一步制造出這種全碳、級聯自旋電子運算系統的原型器件，并檢驗其效率。