Магнитные волны помогут создать более эффективные компьютеры

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый дизайн микросхем, позволяющий точно контролировать вычисления с помощью магнитных волн, без использования электричества.

Стандартные компьютеры потребляют большие объемы энергии для обработки и хранения данных, генерируя много отходящего тепла. В поисках более эффективной альтернативы, ученые начали разрабатывать магнитные спинтронные устройства. Они потребляют мало электричества и почти не выделяют тепло. Команда МТИ создала микросхему, использующую доменную стенку толщиной 1 нм в слоистых нанопленках магнитного материала для настройки проходящей спиновой волны без дополнительных компонентов или тока, сообщает phys.org. Архитектура обеспечила полное управление 2 состояниями сигнала, соответствующего «1» и «0» классических компьютеров.

В будущем пары спиновых волн можно будет подавать в цепь по двойным каналам, настраивая свойства и сочетая для генерирования измеримой квантовой интерференции. Ученые предположили, что такие спинтронные устройства, как квантовые компьютеры, будут выполнять сложные задания, затруднительные для стандартных систем.

«Люди начали искать альтернативы кремнию. Волновые вычисления – многообещающая область, — сказал профессор Люцяо Лю, старший исследователь. – Используя узкие доменные стенки, мы можем настраивать спиновую волну, создавая 2 отдельных состояния без затрат энергии. Требуется только сигнал и магнитный материал».

Фрагменты спиновых волн, коллективные спины множества электронов, называются магнонами. Не являясь настоящими частицами, они могут измеряться для вычислительных процессов. Исследователи использовали это свойство. Они создали слоистую структуру из нанопленок кобальта и никеля, способных передавать большое количество спиновых волн. Между магнитными материалами поместили барьер (доменную стенку) со специальной решеткой, введя всю конструкцию в микросхему. При контакте со спиновыми волнами, она сразу меняла направление магнонов на противоположное, сильно смещая фазу и слегка понижая мощность.

Без доменной стенки цепь равномерно намагничивалась. Структура обеспечивала разделенную, моделированную волну. Контролируя ее, ученые смогли управлять положением доменной стенки, добившись переноса спинового момента.

Результаты исследования приближают создание волновых систем для определенных задач, вроде обработки сигналов (быстрого преобразования Фурье). Команда надеется изготовить рабочую схему, выполняющую базовые вычисления.