Magneti atomskih razmera bazirani na grafenu mogu dovesti do mnogo manjih i moćnijih računarskih komponenti

Foto: Shutterstock

Istraživači su razvili tehniku koja bi mogla omogućiti krajnju minijaturizaciju komjuterskih komponenti, utirući put kompaktnijim i efikasnijim uređajima, piše Live Science.

Što su manji tranzistori i logičke kapije u procesoru – više kompjuterske snage može biti spakovano u manji prostor. Međutim, fizička ograničenja silicijuma znače da stižemo do granica koliko male te komponente mogu biti.

Preporučujemo

Ipak, nova tehnika, koja uključuje ultrabrzo prebacivanje između stanja spina u 2D magnetima – za predstavljanje prebacivanja između binarnih stanja 1 i 0 – može dovesti do mnogo kompaktnijih i energetski efikasnijih komponenti.

Ovu tehniku omogućava nova vrsta magnetnog tunelskog spoja, materijalne strukture koja funkcioniše kao uređaj za skladištenje podataka u kompjuterskom sistemu. Istraživači su ubacili hrom-trijodid (2D izolacioni magnet) između slojeva grafena i poslali električnu struju kroz njega radi diktiranja orijentacije magneta unutar pojedinih slojeva hrom-trijodida.

Ovi magnetni tunelski spojevi mogu značiti više kompjuterske snage u čipu nego što se ranije smatralo mogućim – uz potrošnju mnogo manje energije tokom procesa prebacivanja.

Spintronika za brže računarstvo

Precizna kontrola magnetne faze 2D materijala je bitan korak u spintronici (kontrolisanju spina elektrona i povezanog magnetnog momenta). Preciznom kontrolom struje, nova tehnika može da promeni stanja spina u hrom-trijodidu pomoću polariteta i amplitude struje.

Ovo je moguće zato što je jedinjenje feromagnetično (magnetično je i može da privlači magnete na sličan način kao gvožđe). Jedinjenje je takođe poluprovodnik – materijal sa provodnošću na nivou između metala i izolatora.

Ključna komponenta spintronike je magnetni tunelski spoj – dva feromagnetična sloja razdvojena izolatorskom barijerom. Kontrolisanje stanja spina je tehnika koja se već koristi u raznim kompjuterskim komponentama, poput čitajućih glava hard diska. Međutim, precizno kontrolisanje debljine konstitutivnih slojeva i kvaliteta njihove međusobne povezanosti nije lako.

Materijali moraju da izdrže velike jačine struje od barem 10 miliona ampera kroz oblast veliku kao nokat, ali i da zadovolje zahteve za minijaturizaciju uređaja i energetsku efikasnost. Poređenja radi, tipična munja ima 1.000 do 300.000 ampera.

„Ova studija je o činjenici da možete imati dva stanja tunelske struje, spin-paralelno i antiparalelno“, kažu istraživači sa Univerziteta u Batu u Ujedinjenom Kraljevstvu. „Ako postoje dva definisana stanja, mogu se upotrebiti kao logičke kapije u kompjuteru“.

Mnogo veća energetska efikasnost za buduće sisteme veštačke inteligencije

Naučnici su napravili 2D hrom-trijodid magnete, zatim postavili atomski tanke slojeve grafena, heksagonalnog bor-nitrida i hrom-trijodida jedan na drugi radi formiranja tunelskih spojeva – koje su ohladili blizu apsolutne nule. Istovremeno su pustili električnu struju kroz taj materijal i merili je.

Primetili su da se napon prebacivao između nivoa u skladu sa spin-paralenim ili spin-antiparalelnim stanjem unutar hrom-trijodida, a smer prebacivanja su određivali polaritet i amplituda struje. Trajanje svakog magnetnog stanja bilo je obično 10 milisekundi, dok je prebacivanje između dva stanja bilo na nivou mikrosekundi.

„Ova stanja nisu baš stabilna“, kažu naučnici. „Struja ide iz jednog stanja u drugo, napred-nazad stohastički, ali u proseku ostaje više u jednom ili drugom stanju, zavisno od napona. To nam daje dva stanja koja možemo birati deterministički“.

Ta dva stanja, koja mogu biti korišćena kao logičke kapije, omogućavaju funkcionisanje u mnogo manjim razmerama nego što je ranije bilo moguće. Pomoću ove tehnologije bi se mogli proizvoditi kompjuterski čipovi sa većom snagom procesuiranja. Međutim, potreba za temperaturama blizu apsolutne nule znači da bi primena bila teško izvodljiva u praksi.

Ovaj rad je poseban po tome što izgleda da je energija potrebna za prebacivanje iz jednog u drugo stanje mnogo manja nego u konvencionalnim magnetnim tunelskim spojevima. Sa novim tehnologijama poput generativne veštačke inteligencije, koje u ogromnoj meri povećavaju potrošnju energije, neće biti moguće držati korak, tako da su potrebni energetski efikasni uređaji.

(Telegraf Nauka/Live Science)