Теперь группа исследователей из Школы инженерии и прикладных наук Генри Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе добилась значительных улучшений в компьютерной обработке, используя новый класс магнитных материалов, называемых «мультиферроики», и эти достижения могут сделать устройства будущего гораздо более энергоэффективными, чем современные технологии.В современных микропроцессорах электрический ток проходит через транзисторы, которые по сути представляют собой очень маленькие электронные переключатели. Поскольку ток включает в себя движение электронов, в этом процессе выделяется тепло, которое делает устройства теплыми на ощупь. Эти переключатели также могут «просачивать» электроны, что затрудняет их полное отключение.
И по мере того, как микросхемы продолжают уменьшаться в размерах, все больше схем размещается в меньших пространствах, количество потерянного тепла растет.Команда инженеров Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе использовала мультиферроидные магнитные материалы, чтобы уменьшить количество энергии, потребляемой «логическими устройствами», типом схемы на компьютерном чипе, предназначенной для выполнения таких функций, как вычисления.
Мультиферроик можно включить или выключить, подав переменное напряжение — разность электрических потенциалов. Затем он переносит энергию через материал в виде каскадной волны через спины электронов, процесс, называемый шиной спиновых волн.Спиновую волну можно представить себе как океанскую волну, которая удерживает молекулы воды практически в одном и том же месте, в то время как энергия переносится через воду, в отличие от электрического тока, который можно представить как воду, текущую по трубе. сказал главный исследователь Канг Л. Ван, профессор электротехники Raytheon Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и директор Западного института наноэлектроники (WIN).
«Спиновые волны открывают возможность реализовать принципиально новые способы вычислений, одновременно решая некоторые ключевые проблемы, с которыми сталкивается масштабирование традиционной полупроводниковой технологии, потенциально создавая новую парадигму спиновой электроники», — сказал Ван.Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе смогли продемонстрировать, что использование этого мультиферроидного материала для генерации спиновых волн может уменьшить потери тепла и, следовательно, повысить энергоэффективность обработки до 1000 раз. Их исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.«Электрический контроль магнетизма без использования зарядовых токов — быстрорастущая область интереса в исследованиях магнетизма», — сказал соавтор Педрам Халили, доцент кафедры электротехники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это может иметь серьезные последствия для будущих устройств обработки информации и хранения данных, и наши недавние результаты впечатляют в этом контексте».
Ранее исследователи применяли эту технологию аналогичным образом к компьютерной памяти.Сергей Черепов, бывший научный сотрудник Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, был ведущим автором исследования.
Черепов, Халили и Ван — члены финансируемого Национальным научным фондом Центра трансляционных приложений наноразмерных мультиферроидных систем (TANMS), который специализируется на приложениях для мультиферроидных устройств.Исследование финансировалось Программой энергонезависимой логики Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США и Исследовательской инициативой в области наноэлектроники через WIN.
Среди других авторов были Хуан Г. Алзате, Кин Вонг, Марк Льюис, Прамей Упадхьяя, Джейшанкар Нат и Минцян Бао из отдела электротехники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе; Александр Бур, Тао Ву и директор TANMS Грегори Карман из отдела машиностроения и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе; и Александр Хитун, адъюнкт-профессор электротехники в инженерном колледже Борнса Калифорнийского университета в Риверсайде.