Ученые-физики из Калифорнийского университета в Риверсайде, используя
столь популярный в последнее время графен, достигли значительных успехов
в реализации идеи спинтронных вычислений, основой которых
является спин электрона. Ученые утверждают, что дальнейшее развитие этой
области может привести к появлению нового типа компьютеров, которые
будут загружаться только один раз в жизни, и будут оставаться в
работающем состоянии все оставшееся время, при этом, практически не
потребляя энергии. Эти компьютеры будут использовать физическое явление,
называемое туннельная спин-инжекция (tunneling spin injection), будут
использовать спин электрона, как основное средство для хранения и
обработки данных.В основе спинтронных вычислений лежит технология, с помощью которой
физикам удалось поляризовать спин электрона, т.е. заставить его
вращаться в строго заданном направлении. Для передачи спина электрона от
одного атома к другому, другими словами говоря, для передачи сигнала
или информации, использовался проводник из графена, углерода,
кристаллическая решетка которого имеет всего один атом в толщину.
"Графен является одним из лучших материалов, в которых возможна передача
спина от атома к атому при нормальной температуре окружающей среды" -
рассказал Роланд Каваками (Roland Kawakami), профессор физики
Калифорнийского университета. Он добавил, что эти особенности графена
делают его весьма многообещающим кандидатом на использовании в
спинтронных компьютерах.В первых экспериментах, проводимых физиками, была обнаружена
трудность, сводящая на нет все дальнейшие усилия в этом направлении.
Оказалось, что преобразование электрического сигнала в спинтронный
сигнал, происходящее на стыке ферромагнитного электрода и графенового
проводника, крайне неэффективно. Но эта проблема была решена достаточно
просто, введением дополнительного изолирующего слоя между графеновым
проводником и ферромагнитным электродом, толщиной около одного
нанометра, в качестве которого выступал еще один слой графеновой пленки.Еще одной проблемой, которую пришлось преодолеть ученым, заключалась
во времени сохранения значения (состояния) спина электрона. Ведь время
сохранения этого значения, в свою очередь, означает время хранения
информации и уровень сложности операций, которые можно выполнить над
этими данными. "Для нас было настоящим шоком то, что реальное время
сохранения значения спина было в тысячи раз меньше теоретического
расчетного значения, которого мы ожидали достичь" - рассказал Каваками.
Но подвергнув графеновую пленку воздействию некоторых внешних факторов
ученым удалось увеличить время сохранения значения спина электрона до
времени, исчисляющегося несколькими микросекундами, а это уже тот
уровень времени, за которое можно выполнить очень сложную обработку
данных.Пока еще явление туннельной спин-инжекции и устройств на его базе
является только предметом исследований в лабораториях, но это может
оказать огромнейшее влияние на будущие вычислительные и информационные
технологии, и, при этом, не в самом отдаленном будущем. Сейчас команда
ученых профессора Каваками работает над созданием первых функционирующих
логических элементов на основе спинтроники, которые могут стать
"строительными кирпичиками" для будущих процессоров и компьютеров.
|