Российские ученые сделали новое открытие для электроники будущего
Новости Наука и техника
Группа ученых, среди которых физики из Московского физико-технического института (МФТИ) и Российского квантового центра доказала возможность возбуждения магнитных вихрей — перспективных для электроники будущего носителей информации — при помощи меньшего тока. Соответствующие теоретические расчеты опубликованы в Physical Review B. Об этом сообщается 13 ноября в пресс-релизе на сайте МФТИ.
Магнитные вихри — это микроскопические участки намагниченного вещества с особым расположением вектора намагниченности. В центре вихря вектор намагниченности ориентирован перпендикулярно поверхности, а по краям эти вектора образуют структуру, напоминающую вихрь или воронку. Пример магнитного вихря показан на иллюстрации выше.
Вектор намагниченности, в свою очередь, связан со спином, квантовой характеристикой отдельных частиц. Именно управление магнитными вихрями через спин или иначе, рассматривается учёными в качестве основы электроники будущего — спинтроники. В спинтронике для хранения и обработки информации важно не перемещение электронов с места на место, не перетекание электрических зарядов — ключевую роль играет спин и перемещение электронов с определенным спином, спиновый ток. Информация может передаваться не зарядом, а спином, причём совсем необязательно с переносом заряженных частиц куда-то — сами они могут оставаться на месте, но их спины будут поворачиваться, передавая информацию «по цепочке».
Спин в качестве носителя единицы информации весьма интересен тем, что его обработка (например, смена компьютерного 0 на 1 путем переворота спина) требует гораздо меньших затрат энергии и времени, чем аналогичная операция в современной электронике. За счет этого оперирующие спином электронов микросхемы будут меньше греться, и к тому же ряд расчетов показывает, что они окажутся менее чувствительны к радиации. Спинтроника имеет хорошие шансы вытеснить привычные нам устройства, но для этого ученым нужно вначале изучить множество вопросов как фундаментального, так и прикладного характера.
Для спинтроники требуются новые способы хранения и обработки информации. Перспективными инструментами для этого являются магнитные вихри, которые можно использовать как для хранения информации (0 — закручен по часовой стрелке, 1 — против, или же 0 — ядро намагничено вверх, 1 — вниз), так и для её обработки – разные вихри по-разному взаимодействуют со спиновым током (это поток электронов, в котором доля электронов с определенным спином больше другой), что даёт возможность создавать сложные устройства вплоть до искусственных нейронных сетей. Кроме того, используя эти вихри, можно создавать наногенераторы переменного сигнала, которые могут в перспективе быть использованы в телекоммуникационных приложениях.
Исследования в области спинтроники являются критически важными для развития современных технологий. В настоящее время неоспоримым является тот факт, что вскоре привычная нам полупроводниковая электроника прекратит своё бурное развитие согласно закону Мура (более того, уже есть первые предвестники этого). И, возможно, в будущем вся техника перейдёт на работу не с зарядами, а спинами частиц, практически не затрачивая энергию на их обработку и увеличив своё быстродействие в тысячи раз. Некоторые исследования в области магнитных гетероструктур даже удостоились Нобелевской премии и их результаты уже активно используются при производстве жестких дисков, отмечается в сообщении МФТИ.
|
