Магия магнетизма: новая технология обещает революцию в компьютерной технике

Исследователи из Австрии и Германии придумали новаторский метод создания более компактных и энергоэффективных вычислительных устройств с использованием магнонных схем. Статья об этой технологии появилась в журнале Science Advances.

Центральные процессоры (ЦП) в наших ноутбуках, настольных компьютерах и телефонах используют миллиарды транзисторов, созданных с использованием технологии комплементарных металл-оксид-полупроводников (КМОП). Со временем производители стремятся все сильнее и сильнее уменьшать технику, делая ее компактнее, и на их пути возникает все больше физических ограничений, а также появляются вопросы к долговечности. Кроме того, большое энергопотребление электроники вынуждают искать альтернативные вычислительные архитектуры. Одним из перспективных кандидатов являются магноны — кванты спиновых волн.

"Представьте себе спокойное озеро. Если мы позволим камню упасть в воду, полученные волны будут распространяться от точки возникновения. Теперь мы заменим озеро магнитным материалом, а камень — антенной. Распространяющиеся волны называются спиновыми волнами и могут использоваться для передачи энергии и информации из одной точки в другую с минимальными потерями", — объяснил Сабри Коралтан из Венского университета, первый автор исследования.

После появления спиновые волны могут использоваться в магнонных устройствах для выполнения классических и нетрадиционных вычислительных задач. Но чтобы уменьшить "следы" магнонных устройств, ученым нужно использовать спиновые волны с короткими длинами волн, которые трудно генерировать с помощью современных наноантенн из-за ограниченной эффективности. Такие микроскопические антенны можно изготавливать только в стерильных помещениях на специальных предприятиях с использованием передовых методов литографии.

Группа ученых из Австрии и Германии совершили большой шаг вперед, предложив решение куда попроще: электрический ток протекает непосредственно через магнитную решетку с закрученными магнитными узорами. Как показало исследование, таким образом эффективность излучения спиновых волн в несколько раз превосходит традиционные методы.

По словам ученых, с помощью рентгеновского микроскопа высокого разрешения "Maxymus", установленном на электронном синхротроне BESSY II в Берлине, они наблюдали спрогнозированные спиновые волны на наномасштабных длинах волн и гигагерцовых частотах.

"Более того, используя специальные материалы, которые могут изменять свою намагниченность при приложении деформации, мы продемонстрировали, что направление этих спиновых волн можно динамически контролировать, просто регулируя величину приложенного тока. Это можно рассматривать как важный шаг к активным магнонным устройствам", — подметил Сабри Коралтан.

Возможность перенаправлять спиновые волны по требованию открывает новые возможности для создания перепрограммируемых магнонных схем, что может привести к более адаптивным и энергоэффективным вычислительным системам.