211service.com
Naujas skaičiavimo posūkis
Tyrėjai vis labiau stengiasi rasti būdą, kaip spintroniką, elektronų sukimosi manipuliavimą, padaryti praktišku. Pažadas aiškus: spintronika gali paskatinti kompiuterius, kurie įsijungia akimirksniu, ir elektroniką, kuri naudoja daug mažiau akumuliatoriaus energijos, taip pat įveikti gresiančias Moore'o dėsnio ribas. Tačiau iššūkiai naudojant spintroniką loginėms operacijoms taip pat yra bauginantys. Ne mažiau svarbu rasti tinkamą medžiagą praktiškoms grandinėms kurti. Keletą metų mokslininkai tyrinėjo puslaidininkius, tokius kaip galio arsenidas, legiruotą tokiais elementais kaip manganas, kad jie taptų magnetiniai. Tačiau jie veikia tik esant žemesnei nei minus 120 °C temperatūrai – vargu ar tai pasirinkimas kasdieniams kompiuteriams.
MIT mokslininkas Jagadeesh Moodera ir jo komanda sukūrė medžiagą, kuri veikia kambario temperatūroje ir kurią lengva sukurti. Medžiaga yra indžio oksidas, panašus į medžiagą, naudojamą bankomato jutiklinio ekrano įkrovimui atlikti, į kurį pridėta šiek tiek chromo, kad jis taptų magnetinis. Moodera teigia, kad kitos medžiagos, kurios gali veikti, yra cinko oksidas, plačiai naudojamas apsauginiuose kremuose nuo saulės, ir titano oksidas. Magnetinis puslaidininkis poliarizuotų elektronų sukimąsi, kurie vėliau patenka į silicio lustą, kur grandinės juos naudotų skaičiavimams atlikti, o detektorius, tikriausiai pagamintas iš tos pačios medžiagos kaip ir sukimosi purkštukas, nuskaitytų juos jiems ištekėjus.
Medžiagą reikia toliau tobulinti, kad ją būtų galima išbandyti tikroje grandinėje. Bet Donas Heimanas , Šiaurės rytų universiteto fizikos profesorius, magnetinio puslaidininkio, veikiančio kambario temperatūroje, sukūrimą vadina gana dideliu laimėjimu.
Iš tiesų, Moodera sako, kad norint sukurti praktišką kompiuterio lustą, pagrįstą spintronika, reikia nuveikti keletą metų. Pavyzdžiui, neaišku, kaip silicis ir indžio oksidas sąveikauja toje vietoje, kur jie liečiasi. Labai sunku kontroliuoti medžiagos formą toje sąsajoje, kuri yra maždaug dviejų atominių sluoksnių storio, ir gali būti, kad dėl šių dviejų medžiagų skirtumų elektronų sukiniai gali prarasti poliarizaciją. Moodera teigia, kad norint suprasti, kas vyksta sąsajoje, prireiks nemažai pagrindinių tyrimų ir dar daugiau, kad išmoktume ją valdyti. Sukūrę veikiantį sukimosi purkštuką, mokslininkai vis tiek turės sukurti sukimosi detektorių ir tranzistorių.
Sukimo pagrindu sukurtos grandinės yra intriguojančios, nes jos suteikia skaičiavimui naują dimensiją. Nors elektroninis skaičiavimas yra pagrįstas neigiamu elektrono krūviu, greitai įjungiama ir išjungiama srovė, kad vienas smėlis 0 Skaitmeniniame pasaulyje spintronika remiasi augančiu mokslininkų gebėjimu manipuliuoti kita kvantine mechanine elektrono savybe – savybe, vadinama sukiniu. Tai svarbu kompiuterių lustų pramonei, kuri laukia laiko, kai ji negalės sumažinti grandinių. Dabartinėse kompiuterių lustuose naudojami silicio tranzistoriai, kurių linijos yra mažesnės nei 100 nanometrų storio. Lustų gamintojai ir toliau mažina tranzistorių dydį, kad į lustą įspraustų daugiau jų, tačiau kai tik jie sumažės iki kelių nanometrų, jie pradės nutekėti elektronus. Moodera ir kiti tikisi, kad spintronika leis jiems atlikti daugiau skaičiavimų naudojant tą patį tranzistorių skaičių.
Įprastame puslaidininkyje elektrono sukinys išsidėstęs atsitiktinai; vienas taškas šitaip, kitas anaip. Bet kai daugumos elektronų sukinys yra toks pat, rezultatas yra magnetinis laukas. Tai reiškia, kad bet koks kompiuterio lustas, kuriame valdomi sukimai, gali veikti kaip nepastovi atmintis, nes sukimas išlieka toks pat, kol išorinė jėga jį pakeis. Kadangi atmintis yra nepastovi, tai reiškia, kad informacijai atnaujinti nereikia srovės, ji sunaudoja daug mažiau elektros energijos, todėl baterijos tarnauja ilgiau ir sumažėja jų perkaitimo tikimybė. Tai taip pat leidžia tranzistoriui naudoti tiek įkrovimą, tiek sukimąsi ir veikti kaip loginiai vartai ir atmintis. Kompiuterio lustas galėtų atlikti visas tas pačias užduotis naudodamas mažiau grandinių, paliekant vietos pridėti papildomų grandinių, nesumažinant įrenginių.
Spintronic įrenginiai jau egzistuoja; kietieji diskai saugo daug daugiau informacijos nei prieš dešimtmetį, nes Moodera ir kiti sukūrė spintronikos pagrindu veikiančias skaitymo galvutes, kurios gali aptikti nedidelius magnetizmo pokyčius, leidžiančius į tą pačią vietą supakuoti daugiau ir mažesnių duomenų. Ir viena įmonė pradėjo prekiauti magnetine laisvosios prieigos atmintimi, kita sukimosi technologija, kuriai duomenims saugoti nereikia srovės srauto.
Tačiau norėdami pritaikyti spintroniką loginėms grandinėms, mokslininkai turi išsiaiškinti, kaip įvesti norimą sukimąsi į tranzistorių ir kaip jį aptikti kitoje pusėje, kai grandinė juo manipuliuoja. Jie nori plonos plėvelės, kurią jie galėtų uždėti ant puslaidininkio ir kurioje galėtų panaudoti magnetinį lauką elektronų sukimuisi išlyginti, prieš perkeldami tuos išlygiuotus elektronus į puslaidininkį. Mooderos indžio oksidas yra potencialus kandidatas tokiai plėvelei, kai jis visiškai jį supras ir išsiaiškins, kaip jį optimizuoti.
Moodera nenori prognozuoti, kiek laiko užtruks praktinės spintroninės grandinės sukūrimas, nors jis apskaičiavo, kad tūkstančiai JAV, Azijos ir Europos mokslininkų dirba su tuo: tai gali būti 10 metų, gali būti ir šešeri. Sunku pasakyti. Tačiau jis atkreipia dėmesį į tai, kaip „spintronics“ pagerino standžiuosius diskus nuo kelių megabaitų talpos prieš 15 metų, kai niekas net negalvojo apie „spintronics“ naudojimą, iki dabartinių „iPod“, leidžiančių kišenėje nešiotis 60 gigabaitų diską. Aš esu optimistiškas tyrinėtojas, sako jis.