У майбутньому комп’ютери зможуть обробляти інформацію за допомогою молекул

36

Вимоги до обчислювальної техніки зростають з кожним днем. Очевидно, що нинішні технології рано чи пізно упруться в межу своїх можливостей. Іншими словами, збільшувати продуктивність напівпровідникових процесорів більше не вийде. Тому потрібні нові технології, які забезпечать більш високий рівень продуктивності, а також низьке енергоспоживання, можливість зберігання великих обсягів інформації. Днями одну з таких технологій представила група вчених з росії та італії. Вперше вченим вдалося зафіксувати перехід з’єднання заліза між двома різними спіновими станами. Наявність цих двох станів і можливість перемикатися між ними в потрібний момент дозволяє передавати логічний сигнал. Можливо, в майбутньому на основі даної технології будуть виконані накопичувачі і процесори.

Спинктроника може забезпечити комп’ютери майбутнього новим рівнем продуктивності

Принципово нові процесори замість напівпровідників

У сучасних напівпровідникових процесорах передача даних і проведення логічних операцій здійснюється за рахунок рух електронів. Як стверджують експерти, можливості цієї технології вже практично вичерпані. Тобто підвищувати продуктивність стає все складніше і складніше. Тому розробка нових технологій зараз особливо актуальна.

Спинктроника, тобто технологія, заснована на перенесенні даних за рахунок взаємодії магнітних моментів, або спинив електронів, на думку фахівців є досить перспективною. Сама така властивість, як» спін » (в перекладі означає обертання) було виявлено в 1924 році. Спіном називається власний момент імпульсу елементарних частинок. Але не будемо вдаватися в подробиці, так як нас цікавить сам факт наявності у молекули двох станів, а не принцип, за яким це відбувається.

Наявність двох спінових станів електрона дозволяє використовувати цю властивість для створення процесорів нового покоління

Як відзначають дослідники, для спінктроніки підходять не всі матеріали. Одне з головних вимог, речовина повинна мати здатність намагнічуватися. Крім того, щоб зберігати інформацію в двійковому вигляді, молекули повинні існувати в двох постійних станах. Ця ж вимога необхідна для проведення логічних операцій. Правда, це стосується комп’ютерів, що працюють в двійковій системі. Нагадаю, що на підході також квантові комп’ютери, які працюють з кубітами, але це вже інша тема, яку ми розкривали раніше.

Вчені для дослідження взяли полімерну молекулу, яка містить два іони двовалентного заліза. Кожен з іонів існує в двох станах-низькоспіновому і високоспіновому. Причому вони можуть переходити з одного стану в інший незалежно один від одного. Тобто один атом може перебувати в низькоспіновому стані, а інший — у високоспіновому. Перехід від одного стан в інший здійснюється практично миттєво, тобто займає мікросекунди.

Спинктроника — перспективи і проблеми створення нових процесорів

Як відзначають автори дослідження, головна складність технології полягає в тому, що перехід з одного стану в інший складно виявити, так як молекули симетричні. Щоб виявити перехід, дослідники використовували технологію ядерного магнітного резонансу. Він дозволяє зафіксувати взаємодію ядерних магнітних моментів з моментами електронів. Таким чином вчені вперше змогли виявити перехід з високоспінового стану в низькоспіновий, і навпаки. Подробиці даного дослідження були опубліковані авторами дослідження в журналі angewandte chemie.

Тривимірне зображення формування стабільного спінового стану електрона (спінової спіралі)

Зроблене вченими відкриття, можливо, дозволить створити пристрої для надщільного зберігання даних, які значно перевершують наявні види носіїв за обсягом даних, які в них можна зберігати. Подібні пристрої прийнято називати молекулярними клітинними автоматами.

Також на основі цієї технології можна створити альтернативу напівпровідникам для обробки інформації, тобто нові процесори основна їх відмінність від напівпровідникових полягає в тому, що сигнал передається не потоком електронів, а шляхом перемикання молекул, збудованих в ланцюжок і утворюють осередки. За словами вчених, молекулярні клітинні автомати будуть володіти більш низьким тепловиділенням і енергоспоживанням, ніж наявні сучасні рішення. Але головне, вони будуть володіти набагато більш високою продуктивністю.

Наостанок зазначу, що вчені пропонують і інші технології, які дозволять збільшити продуктивність процесорів. Наприклад, заміна кремнієвих транзисторів на аналоги, виконані на основі карбонових нанотрубок, дасть тисячократний приріст продуктивності, в той же час енергоспоживання зменшиться, про що ми розповідали раніше.