02.12.2021
ФизТех
19
30 848

Сделан шаг в разработке «транзисторов» для процессоров будущего

4.7

Переключения магнетиков между спиновыми состояниями могут передавать логический сигнал, и этим процессом можно заменить перенос электронов в современных процессорах. Ученым из МФТИ и их коллегам из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Испании впервые удалось зарегистрировать специфический переход соединения железа между состояниями. Это поможет разработать процессоры и устройства памяти с большим отношением производительности к количеству потребляемой энергии.

Сделан шаг в разработке «транзисторов» для процессоров будущего / ©Getty images

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Angewandte Chemie. Современные процессоры практически достигли предела мощности, который задается фундаментальными свойствами составляющих устройства транзисторов. Для переноса информации и проведения логических операций они используют перенос электронов. Дальнейшее ускорение вычислений требует принципиально нового подхода к разработке компонентов компьютера.

В этом способны помочь достижения спинтроники — одной из наиболее перспективных областей микроэлектроники. В основе устройств спинтроники лежит перенос информации посредством взаимодействия магнитных моментов электронов. Для переноса информации при помощи воздействия на магнитные моменты подходят вещества, способные намагничиваться, молекулы которых содержат один или несколько неспаренных электронов.

Такие соединения могут быть получены с использованием современных синтетических подходов, обеспечивающих идентичность всех получаемых молекул. При этом их магнитные свойства можно контролировать, регулируя процесс синтеза. С другой стороны, к молекулярным магнетикам предъявляются достаточно жесткие требования, основное из которых — возможность существования их молекул в двух разных состояниях. Переход между возможными состояниями и позволит хранить информацию и проводить логические операции.

Авторы работы исследовали поведение молекулярной системы с двумя ионами двухвалентного железа, каждый из которых может существовать в двух состояниях — высокоспиновом (ВС) и низкоспиновом (НС). В этом случае возможны четыре суммарных состояния (ВС-ВС, НС-НС, ВС-НС и НС-ВС), причем состояния ВС-НС и НС-ВС симметричны друг другу. Оказалось, что переход между ВС-НС и НС-ВС состояниями происходит на микросекундном масштабе времени.

Такую динамику исключительно сложно обнаружить из-за симметрии молекул. Для решения этой проблемы ученые применили метод ядерного магнитного резонанса, при котором регистрируется взаимодействие ядерных магнитных моментов с магнитным полем, магнитными моментами неспаренных электронов и друг с другом. Однако авторы наблюдали взаимодействие магнитных моментов ядер с моментами электронов. В этой работе удалось впервые зарегистрировать переход между ВС-НС и НС-ВС состояниями. Он важен для исследователей, которые пытаются разработать новые устройства для сверхплотного хранения информации и ее обработки на основе молекулярных систем.

Органические молекулы помогут ускорить работу спинтронных устройств / ©Пресс-служба МФТИ

«Изученные нами системы представляют интерес для создания так называемых молекулярных клеточных автоматов — устройств, потенциально позволяющих создать альтернативную полупроводникам технологию для обработки информации. Автоматы имеют более низкое энергопотребление и тепловыделение, чем современные транзисторы.

Элементы таких устройств — ячейки квантовых клеточных автоматов — в идеале должны быть как можно меньше. При этом каждая ячейка должна легко переключаться между двумя эквивалентными состояниями, различающимися только симметрией. Именно такую систему представляют собой изученные нами молекулярные комплексы.

Дальнейшие разработки могут привести к созданию устройств, в которых логический сигнал передается не потоком электронов, а за счет одновременного переключения выстроенных в цепочку ячеек автоматов, каждая из которых состоит из одной молекулы. В таком случае энергопотребление электронных схем будет намного меньше классических полупроводниковых устройств, а производительность — выше», — поясняет Валентин Новиков, заведующий кафедрой химической физики функциональных материалов МФТИ. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Предстоящие мероприятия
Вчера, 21:17
Илья Ведмеденко

Научно-производственное объединение «Энергомаш» передало в прошлом году двигатель РД-171МВ ракетно-космическому центу «Прогресс»: там его ждут стендовые испытания в составе первой ступени ракеты-носителя «Союз-5».

Вчера, 13:25
Николай Цыгикало

Создание грандиозной группировки спутников Starlink продемонстрирует принципиально новые качества, которые начинают проявляться у экстремально больших спутниковых систем. Их баллистические возможности могут оказаться неожиданными и позволят использовать такую мегагрупприровку совсем не по основному назначению. Например, можно оперативно превратить часть мирных спутников в оружие и выполнить боевую задачу, а после вернуть спутники к их обычной работе. Naked Science задался вопросом, насколько это возможно.

Позавчера, 19:27
Михаил Орлов

В последнее время Азовское море страдает от нашествий медуз-корнеротов. Местные исследователи из Азово-Черноморского филиала ВНИРО подошли к проблеме изобретательно и предложили использовать корнеротов как ценный продукт питания.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

26 января
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

19 Комментариев

-
0
+
Странно читать о "новинке", которой более 30 лет, о ней рассказывал профессор, когда я учился в университете. Там была тема ячеек электромагнитной памяти, с использованием спинов. В свое время СССР была впереди по разработке лазеров, поскольку финансирование было не хуже чем на разработки ядерного оружия, и использование средств было целевым. Из понятия "национальный", насколько мне известно, удачным вышло только National Semiconductor :). п.с. Есть финансирование - есть развитие. Нет финансирования - нет развития. И понты, в том числе национальные, не помогут.
03.12.2021
-
0
+
Наверняка будет поддвержено магнитным памехам сильнее чем настоящие процессоры. Ну и про цену производства не слова не сказали. На самом деле железо можно ускорить и нынешними технологиями просто не выгодно в плане цены и потребуется удорожание производства. Можно больше кеша вставлять быстрее тип пямяти и тд, но и дороже в конечном итоге будет.
02.12.2021
-
0
+
Что-то в статье постоянно смешиваются два момента - хранение информации и её обработка. Для обработки обычно используют вентили (транзисторы), а для хранения в принципе, на что взгляд упадёт, то и использовать (перевёрнутая рюмка, цветок на окне, валентность атома, включённая лампа). Вопрос в стоимости считывания этой информации. Если для считывания придётся на каждый атом ставить томограф, да ещё и без уверенности, что после считывания информация не изменится, то нафик такое хранение.
-
0
+
Всё знаем, а нормальный процессор сделать не можем. Совпадение? Не думаю... 🙄
02.12.2021
-
0
+
изменение спинов фотонов, волновой функции, а как мы знаем фотоны носители электромагнитного поля в атоме, вот этим электромагнитным полем изменением спинов и можно делать вычисления и они запредельные если сравнивать с сегодняшними технологическими решениями
02.12.2021
-
0
+
есть более эффективные решения-это слишком громоздко, вряд ли сможет получить массовое распространение

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: