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.