Международная группа ученых внесла шестиугольные магнитные дефекты в структуру искусственного спинового льда. Открытый механизм настройки поведения спинового льда позволит сделать более эффективными магнитную память и спин-логику.
Изображение шестиугольного магнитного дефекта Лоренцевой просвечивающей электронной микроскопией и моделирование происходящего в дефекте / © Communications Materials
Технологии искусственного интеллекта до сих пор работают на классическом компьютерном оборудовании, которое потребляет много энергии. Ученым нужно разрабатывать новые энергоэффективные аппаратные решения для обеспечения все возрастающего спроса на применение ИИ.
Исследователи активно изучают вдохновленные природными механизмами вычислительные архитектуры как способ снизить потребление энергии технологиями искусственного интеллекта. Это и нейроморфные вычисления, и нейронные сети, имитирующие работу человеческого мозга.
Одно из решений для реализаций таких сетей — решетка искусственного спинового льда (artificial spin ice, ASI). Это класс магнитных метаматериалов, состоящих из созданных литографией массивов ферромагнитных наноэлементов. Анизотропия формы наноэлементов означает, что они могут находиться только в двух возможных бинарных состояниях, как и спины Изинга.
Междисциплинарная международная команда продемонстрировала механизм изменения поведения системы искусственного спинового льда после добавления специально созданных шестиугольных магнитных дефектов. Модификация структуры привела к стохастическим топологическим возбуждениям в системе и возможности контролировать динамику нейронных сетей, основанных на спиновом льде.
Результаты исследования дают представление о коллективном и управляемом стохастическом поведении в искусственных нейронных сетях, реализованных на основе магнитной решетки спинового льда. Опубликованная научная работа прокладывает путь к дальнейшим исследованиям для перестраиваемых спиновых направляющих и аппаратных реализаций энергосберегающих вычислительных систем будущего.
«Эта работа стала важной вехой для нас — возможность управляемо создавать топологические состояния, связанные с дефектами в системе спинового льда, и демонстрировать стохастическое, но статистически предсказуемое поведение внутри этой структуры. Результаты приближают нас к реализации энергоэффективных нейроморфных вычислений. Это стало результатом плодотворного международного сотрудничества с крупными исследовательскими центрами Великобритании, Германии и Франции», — рассказала Ольга Казакова, сотрудница NPL (Великобритания).
Ученые полагают, что открытие нового рычага влияния будет успешно применяться в магнитных накопителях информации и логических спиновых схемах.
Результаты исследования представлены в журнале Communications Materials.
