Магія магнетизму: нова технологія обіцяє революцію в комп'ютерній техніці

Магнітні матеріали та мікроскопічні антени передаватимуть інформацію та енергію без дротів з однієї точки в іншу з мінімальними втратами.

Дослідники з Австрії та Німеччини вигадали новаторський метод створення більш компактних і енергоефективних обчислювальних пристроїв з використанням магнонних схем. Стаття про цю технологію з'явилася в журналі Science Advances.

Центральні процесори (ЦП) у наших ноутбуках, настільних комп'ютерах і телефонах використовують мільярди транзисторів, створених з використанням технології комплементарних метал-оксид-напівпровідників (КМОП). Згодом виробники прагнуть дедалі сильніше і сильніше зменшувати техніку, роблячи її компактнішою, і на їхньому шляху постає дедалі більше фізичних обмежень, а також з'являються питання до довговічності. Крім того, велике енергоспоживання електроніки змушують шукати альтернативні обчислювальні архітектури. Одним із перспективних кандидатів є магнони — кванти спінових хвиль.

"Уявіть собі спокійне озеро. Якщо ми дозволимо каменю впасти у воду, отримані хвилі поширюватимуться від точки виникнення. Тепер ми замінимо озеро магнітним матеріалом, а камінь — антеною. Хвилі, що поширюються, називаються спіновими хвилями і можуть використовуватися для передачі енергії та інформації з однієї точки в іншу з мінімальними втратами", — пояснив Сабрі Коралтан з Віденського університету, перший автор дослідження.

Після появи спінові хвилі можуть використовуватися в магнонних пристроях для виконання класичних і нетрадиційних обчислювальних завдань. Але щоб зменшити "сліди" магнонних пристроїв, вченим потрібно використовувати спінові хвилі з короткими довжинами хвиль, які важко генерувати за допомогою сучасних наноантен через обмежену ефективність. Такі мікроскопічні антени можна виготовляти лише в стерильних приміщеннях на спеціальних підприємствах з використанням передових методів літографії.

Група вчених з Австрії та Німеччини зробили великий крок уперед, запропонувавши простіше рішення: електричний струм протікає безпосередньо через магнітну решітку із закрученими магнітними візерунками. Як показало дослідження, таким чином ефективність випромінювання спінових хвиль у кілька разів перевершує традиційні методи.

За словами вчених, за допомогою рентгенівського мікроскопа з високою роздільною здатністю "Maxymus", встановленому на електронному синхротроні BESSY II у Берліні, вони спостерігали спрогнозовані спінові хвилі на наномасштабних довжинах хвиль і гігагерцових частотах.

"Ба більше, використовуючи спеціальні матеріали, які можуть змінювати свою намагніченість під час деформації, ми продемонстрували, що напрямок цих спінових хвиль можна динамічно контролювати, просто регулюючи величину прикладеного струму. Це можна розглядати як важливий крок до активних магнонних пристроїв", — зауважив Сабрі Коралтан.

Можливість переспрямовувати спінові хвилі на вимогу відкриває нові можливості для створення перепрограмованих магнонних схем, що може призвести до більш адаптивних і енергоефективних обчислювальних систем.