Магнитные соты: новый тип компьютерного процессора
Из исследования, недавно опубликованного в журнале «Science» стало известно, что учёные совершили важный прорыв в разработке новых материалов с использованием наноразмерных магнитов, которые в конечном счёте могут привести к появлению новых видов электронных устройств, с большей производительностью, чем имеющиеся в настоящее время, сообщает «WordScience.org».
Многие современные устройства хранения данных, такие как жёсткие диски, полагаются на способность управления свойствами мелких индивидуальных магнитных разделов, но их общий дизайн ограничен, если магнитные «области» взаимодействия расположены близко друг к другу.
Теперь же, исследователи из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) показали, что сотовая структура наноразмерных магнитов в материале, известном как спиновый лёд, представляет конкуренцию между соседними магнитами и уменьшает проблемы, связанные с этими взаимодействиями на две трети. Они показали, что большие массивы этих нано-магнитов могут быть использованы для хранения вычислимой информации. Массивы могут быть считаны с помощью измерений их электрического сопротивления.
Учёным до сих пор удавалось «считывать» структуру магнитных полей, но основной задачей сейчас является разработка способа использовать эти структуры для выполнения вычислений, и сделать это при комнатной температуре. В настоящее время они работают с магнитами при температуре ниже - 223 °C.
Доктор Уилл Брэнфорд (Will Branford) и его команда изучает, как можно управлять магнитным состоянием нано-структурированного спинового льда при помощи магнитного поля и, как считывать его состояние путём измерения его электрического сопротивления. Они обнаружили, что при низких температурах (ниже минус 223 °C) магнитные биты действуют коллективно и формируют себе в модели. Это изменяет их сопротивление к электрическому току так, что если он проходит через материал, это приводит к характерным измерениям, которые могут определить учёные.
Современная технология использует одну магнитную область для хранения одного бита информации. Новое открытие позволяет предположить, что кластер из нескольких областей может быть использован для решения сложных вычислительных проблем при одном расчёте. Вычисление такого рода известно, как нейронные сети, которые более подобны работе нашего головного мозга, чем традиционному процессу обработки компьютерной информации.
Доктор Брэнфорд, который является членом «EPSRC Career Acceleration Fellow» в Имперском колледже Лондона, говорит: «Производители электронных устройств всё время пытаются выжать, как можно больше данных из своих устройств, или же внедрить эти данные в маленькие портативные устройства такие, как смартфоны и мобильные компьютеры. Однако, неспецифические взаимодействия между магнитами до сих пор ограничены. В некоторых новых типах памяти, производители стараются избежать ограничений магнетизма, избегая использование магнитов в целом и используя такие вещи, как сегнетоэлектрическую память, мемристоры или антиферромагнетики. Тем не менее, эти решения являются медленными, дорогими или трудно читаемыми. Наша философия заключается в использовании магнитных взаимодействий, заставляя их работать в нашу пользу».
Несмотря на то, что новое исследование представляет собой важный шаг вперёд, исследователи говорят, что имеется множество препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем они смогут создать прототип устройства на базе этой техники, такого как разработка алгоритмов для контроля вычислений. Тем не менее, учёные настроены оптимистично и если эти проблемы будут решены успешно, новая технология с использованием магнитной соты может быть достигнута через 10 - 15 лет.
В экспериментах доктора Брэнфорда применяется электрический ток через непрерывную гексагональную решётку, сделанную из кобальтовых магнитов. Каждый из магнитов, расположенных на площади 100 квадратных микрон, имеет длину в 1 микрометр и ширину в 100 нанометров. Одна единица сотовой сетки - походит на три стержневых магнита, встречающихся в центре треугольника. Их никоим образом нельзя выстроить, не имея либо двух северных полюсов, либо двух южных полюсов отталкивающих друг друга - это называется «разбитием» магнитной системой. Чтобы устроить магниты в одну треугольную единицу, имеется 6 способов, которые имеют одинаковый уровень фрустрации, и по мере увеличения числа треугольных единиц в соте, число возможных механизмов магнитов растёт в геометрической прогрессии, увеличивая сложность возможных моделей.
Предыдущие исследования показали, что внешние магнитные поля могут заставить магнитную область каждого бара изменять состояние. Это, в свою очередь влияет на взаимодействие между одним баром и двумя соседними барами в соте. «Именно эта структура магнитных состояний, может быть компьютерными данными», - говорит доктор Брэнфорд.
Напоследок он добавил: «сильное взаимодействие между соседними магнитами позволяет тонко влиять на формирование модели через соты. Это то, чем мы можем воспользоваться для вычисления сложных задач, потому что имеется множество различных результатов, которые мы можем отличать в электронном виде. Наша следующая большая задача состоит в том, чтобы сделать массив из нано-магнитов, которые могут быть «запрограммированы» без использования внешнего магнитного поля».