Пресса об РФФИ
Платформу для развития наноэлектроники и квантовых процессоров разработали во Владивостоке
Интернет-издание Prim.News (г. Владивосток), 02.04.2020
Дата публикации: 08.09.2020
Учёные Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ШЕН ДВФУ) вместе с коллегами из Китайской академии наук разработали микроструктуру из платины, кобальта и оксида магния, которая может работать в режиме троичной логики («да» – «нет» – «не знаю»). На её основе можно будет строить миниатюрные устройства электроники и спинтроники, квантовые процессоры, оперирующие кутритами (три состояния в отличие от кубитов) и нейроморфные системы, имитирующие функционал человеческого мозга.
Статья об этом опубликована в Physical Review Applied, передаёт пресс-служба вуза.
Современные процессоры потребляют много энергии, физически отделены от ячеек памяти, а их эффективность ограничена двоичной логикой («1» – «0», «включён» – «выключен»). Это три главных причины, которые препятствуют дальнейшему развитию вычислительной техники по пути миниатюризации и быстродействия.
В рамках совместного проекта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Китайской академии наук учёные ШЕН ДВФУ (Владивосток) разработали крестообразную микроструктуру, которая состоит из нанометровых слоёв платины, кобальта (всего 0,8 нм), оксида магния и покрывающего слоя платины.
Такая структура может быть и процессором, и блоком памяти одновременно, что способствует миниатюризации устройств, реализованных на её платформе: работающих на троичной логике устройств электроники и спинтроники (электроники, функционирующей на спиновом токе), в том числе квантовых процессоров, оперирующих кутритами (три состояния в отличие от кубитов), и нейроморфных систем, имитирующих функционал головного мозга.
«Благодаря определённой последовательности слоёв и переключению спинов электронов в нижнем слое платины мы смогли эффективно управлять тремя магнитными состояниями в слое кобальта, которые соответствуют основным позициям троичной логики («–1», «1» и «0» или «да» – «нет» – «не знаю»). Троичная логика (логика Аристотеля) намного превосходит двоичную, булеву логику («0» – «1»). Принципы троичной логики могут лечь в основу «умных» вычислительных машин недалёкого будущего. Эти устройства будут обладать более высокой скоростью работы, длительным сроком жизни и низким энергопотреблением по сравнению с устройствами, реализованными на других принципах», — рассказал Александр Самардак, руководитель проекта с российской стороны, доцент кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ.
Чтобы получить спиновый ток и воздействовать на слой кобальта, учёные использовали два перекрёстных тока, а также плоскостное магнитное поле, нарушающее магнитную симметрию. При этом по нижнему слою платины пропускали ток в виде коротких импульсов. В результате спины электронов с разной полярностью (ориентированные вверх и вниз, что соответствует позициям «1» и «0») отклонялись к противоположным поверхностям слоя платины, то есть в ней возникал чистый спиновый ток, который оказывал влияние на спины электронов магнитного слоя. При определённых условиях происходил переворот спинов в слое кобальта, то есть ячейка переключалась с «0» на «1», как в полупроводниковом транзисторе.
Александр Самардак объяснил, что в исследовании учёные обозначили лишь вершину айсберга, и на пути к реальным устройствам спинтроники и нейроморфным системам на основе троичной логики требуется приложить ещё много усилий.
Учёный отметил любопытный факт, что первая ЭВМ на троичной логике была разработана в СССР ещё в начале 60-х годов XX века. Проект назывался «Сетунь» и был реализован научной группой под руководством профессора Н.П. Брусенцова (МГУ имени М.В. Ломоносова). Однако ЭВМ «Сетунь» не получила широкого признания, несмотря на ряд преимуществ перед машинами, которые работали на основе двоичной логики (Булева логика).
Научная группа из лаборатории плёночных технологий ШЕН ДВФУ уже восемь лет сотрудничает с коллегами из Китайской академии наук, которые лидируют в области получения и изучения тонкоплёночных систем для спинтроники. За это время учёные реализовали несколько совместных проектов по магнитным сенсорам и наноразмерным спиновым системам.
Источник: Prim.News
Фото: Ai.Comput'In / Flickr
