一項新研究表明，利用「混沌邊緣」可大幅簡化電子晶片，混沌邊緣可使長金屬線放大訊號並充當超導體，從而減少對單獨放大器的需求並降低功耗。研究人員發現了「混沌邊緣」如何幫助電子晶片克服訊號損失，從而使晶片變得更簡單、更有效率。

透過在半穩定材料上使用金屬線，該方法可以使長金屬線像超導體一樣發揮作用並放大訊號，透過消除對晶體管放大器的需求並降低功耗，有可能改變晶片設計。

利用混沌邊緣技術革新晶片設計

腳趾被撞到後，疼痛訊號會立即通過幾公尺長的軸突傳到大腦，這些軸突由高電阻肉質材料組成。這些軸突採用一種稱為「混沌邊緣」或半穩定性的原理，能夠快速且準確地傳輸訊息。

這項研究透過無機材料傳導電流，展示了混沌邊緣在人工系統中的作用。通常，混沌邊緣會放大雜訊。然而，令人驚訝的是，放置在混沌邊緣材料頂部的金屬線不僅傳導了有用訊號，還放大了有用訊號。這種方法有效地抵消了通常會降低訊號完整性的金屬電阻損耗。

現代電子晶片由眾多元件和大量金屬線（稱為互連）組成。這些金屬線會造成嚴重的電阻訊號損失，從而嚴重消耗晶片的電量。傳統的解決方案是將這些線分成較短的線段，並加入電晶體來增強和中繼減弱的訊號。

這種創新方法無需電晶體放大器，使長金屬線不僅能實現超導體般的零電阻，還能增強小訊號。這種進步可以從根本上簡化晶片設計並大大提高效率。

化學邊緣偏壓介質上的金屬線可以提供時變訊號有效的負電阻，輸出比輸入更大的訊號。放大的能量來自施加到介質上的靜態偏壓。圖片來源：Brown， TD， 等人(reMIND)，類似軸突的主動訊號傳輸。 《自然》（2024 年）。

推進電子產品訊號傳輸

由於金屬本身俱有電阻，透過金屬導體傳輸的電訊號會減弱強度。為了彌補這一缺陷，傳統方法需要反覆中斷導體以插入可再生訊號的放大器。這種技術已使用了一個多世紀，限制了現代密集互連晶片的設計和性能。相較之下，這項研究引入了一種基於利用半穩定混沌邊緣(EOC) 的新方法，這是科學家理論化但之前從未證明過的機制。該機制支援類似於生物軸突中看到的自我放大的主動訊號傳輸。

利用混沌的半穩定邊緣實現高效能電子設備

透過電接觸鈷酸鑭(LaCoO 3 )中的自旋交叉，研究人員分離出半穩定的EOC，並在金屬傳輸線中引發負電阻和訊號放大，而無需單獨的放大器，並且溫度和壓力均為正常。 Operando 熱圖顯示，用於維持EOC 的能量並未完全以熱量的形式流失，而是部分被重新定向以放大訊號，從而實現持續主動傳輸，並可能徹底改變晶片設計和性能。