Νέα μορφή μαγνητισμού ανοίγει τον δρόμο για υπερταχείες και ενεργειακά αποδοτικές μνήμες
Μια επαναστατική ανακάλυψη στον τομέα της μαγνητικής φυσικής φέρνει το MIT, παρουσιάζοντας μια εντελώς νέα μορφή μαγνητισμού σε συνθετικό κρυσταλλικό υλικό. Η ομάδα των ερευνητών τον ονομάζει "p-wave μαγνητισμό", και η σημασία του θα μπορούσε να αποδειχθεί καθοριστική για την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς υπολογιστικών συστημάτων.
Σε αντίθεση με τα συμβατικά ηλεκτρονικά που βασίζονται στην κίνηση ηλεκτρικών φορτίων, η νέα αυτή προσέγγιση αξιοποιεί το σπιν των ηλεκτρονίων, θέτοντας τις βάσεις για μια νέα κατηγορία συσκευών, τις αποκαλούμενες "spintronic". Οι συσκευές αυτές υπόσχονται υψηλότερες ταχύτητες και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, εξαλείφοντας τα φαινόμενα απώλειας ενέργειας που σήμερα προκαλούν υπερθέρμανση στους υπολογιστές.
Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται ένα εξαιρετικά λεπτό δείγμα νικελίου-ιωδίου (NiI₂), μέσα στο οποίο οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι τα σπιν των ατόμων νικελίου διατάσσονται σε σπειροειδές μοτίβο στο πλέγμα του υλικού. Αυτή η σπειροειδής δομή μπορεί να περιστραφεί προς δύο διαφορετικές κατευθύνσεις, και το εντυπωσιακό είναι ότι η μετάβαση μεταξύ αυτών γίνεται με τη χρήση ενός ασθενούς ηλεκτρικού πεδίου που προέρχεται από δέσμη κυκλικά πολωμένου φωτός.
Η δυνατότητα εναλλαγής της κατεύθυνσης του μαγνητικού μοτίβου με τόσο χαμηλή ενέργεια κάνει αυτήν την ιδιότητα εξαιρετικά ελκυστική για εφαρμογές σε τσιπ μνήμης. Όπως εξηγεί ο ερευνητής Riccardo Comin, συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature:
Με ένα τέτοιο ρεύμα σπιν μπορεί κανείς να ελέγξει μικροσκοπικές μαγνητικές περιοχές, κάτι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση ψηφιακής πληροφορίας. Τα spintronic φαινόμενα είναι πολύ πιο αποδοτικά από τα παραδοσιακά ηλεκτρονικά, γιατί δεν κινούνται φορτία – κινούνται μόνο οι περιστροφές των ηλεκτρονίων, αποφεύγοντας την παραγωγή θερμότητας.
Το πεδίο των spintronics, αν και σχετικά νέο, έχει ήδη δημιουργήσει μεγάλες προσδοκίες, καθώς επιχειρεί να αξιοποιήσει τον προσανατολισμό των σπιν για αποθήκευση και επεξεργασία δεδομένων, όπως τα σύγχρονα ηλεκτρονικά χρησιμοποιούν ηλεκτρικά ρεύματα για να αναπαριστούν δυαδικές τιμές.
Αυτό που κάνει τη νέα ανακάλυψη ακόμη πιο υποσχόμενη είναι ότι η αναστροφή της μαγνητικής δομής επιτυγχάνεται με ελάχιστη ενέργεια. Όπως τονίζει η ερευνήτρια Qian Song, «η δυνατότητα ελέγχου του p-wave μαγνητισμού με τόσο μικρό ηλεκτρικό πεδίο θα μπορούσε να οδηγήσει σε μείωση της κατανάλωσης ενέργειας κατά πέντε τάξεις μεγέθους. Πρόκειται για τεράστια εξοικονόμηση».
Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη σημαντικά εμπόδια πριν η τεχνολογία αυτή περάσει από το εργαστήριο στην πράξη. Η κρίσιμη ιδιότητα παρατηρήθηκε σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (περίπου 60 Kelvin, δηλαδή -213 βαθμούς Κελσίου). Πριν δούμε υλοποιήσεις σε εμπορικές συσκευές, θα πρέπει να εντοπιστούν υλικά που επιδεικνύουν p-wave μαγνητισμό και σε θερμοκρασίες δωματίου.
Παρά τις προκλήσεις, η ανακάλυψη αυτή ανοίγει έναν νέο δρόμο στην αναζήτηση ενεργειακά αποδοτικών λύσεων για μνήμες υψηλής ταχύτητας, και δίνει στους επιστήμονες ένα νέο σημείο αναφοράς για την εξέλιξη της τεχνολογίας υπολογιστών. Για πρώτη φορά, έχουμε στα χέρια μας όχι μόνο μια νέα μορφή μαγνητισμού, αλλά και μια νέα προοπτική για το μέλλον της υπολογιστικής ισχύος.
[via]
