Новые технологии для компьютеров, которые могут войти в быт

В своих экспериментах учёные использовали такое явление, как спиновая волна. Это определённое квантовое свойство электронов в магнитных материалах с решётчатой структурой. В таких материалах намагниченность упорядочена, а возникающие нарушения не локализуются, а начинают распространяться в виде волны. Идея как раз заключается в том, чтобы попытаться воздействовать на эти волны намагниченности ― модулировать их и добиться контролируемого переключения из, условно говоря, состояния 0 в состояние 1 и обратно.

До сих пор обеспечить модуляцию спиновых волн можно было с помощью специальной обвязки с использованием электрического тока. Но это сложно и ведёт к росту шумов, что затрудняет измерения. Учёные из MIT предложили управлять спиновой волной с помощью доменных стен ― условных границ между двумя зонами намагниченности. Для этого была разработана наноплёночная структура из двух наноплёнок кобальта и никеля, каждая из которых была толщиной несколько атомов. После этого плёнки зажали с двух сторон магнитными материалами со специальной решётчатой структурой и включили всё это в цепь.

В процессе эксперимента выяснилось, что при прохождении доменной стены спиновая волна меняла фазу на 180 градусов, а её амплитуда уменьшалась. Это оказалось возможным зафиксировать и не требовало никаких затрат энергии на переключение. Более того, положение доменной стены удалось контролировать с помощью той же самой спиновой волны. Для этого достаточно было увеличить интенсивность подаваемых на вход схемы спиновых волн. Чем сильнее была амплитуда колебаний, тем ближе к источнику спиновых волн смещалась доменная стена (невозможная аналогия ― водопроводный кран начинает плыть против течения по мере усиления напора воды). Сочетание таких свойств как управляемая модуляция (переключение между двумя состояниями) и контролируемое положение «вентилей» в материале обещает новую страницу в вычислительной технике, которая граничит с квантовыми вычислителями. Опыты продолжаются.

Следует отметить, что компания Carbonics получила средства на исследования по программе DARPA от военных США и американских ВВС. Первое практическое использование технологии будет отдано на откуп военным США. Это означает, что они получат новые радарные установки и новые средства связи. Добавим, что компания Carbonics в 2014 году была выделена из совместного исследовательского центра Калифорнийского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA-USC) и из совместного проекта UCLA-USC с Городом науки и техники имени короля Абдулазиза Саудовской Аравии (KACST).

Исследователи из Carbonics создали уникальную технологию осаждения ZEBRA, которая позволила преодолеть главное препятствие на пути к электронным приборам на углеродных нанотрубках ― проблему создания плотных и выровненных в одном направлении массивов нанотрубок. Уникальность углеродных нанотрубок в том, что они проводят электроны в одном тончайшем слое, но выровнять все трубки в одном направлении представлялось проблематичным. Компания Carbonics решила эту проблему, хотя до выпуска электронных приборов в масштабе серийного производства всё ещё далеко.

Технология ZEBRA, сообщают разработчики, «это тот переломный момент, после которого нанотрубки становятся серьёзным конкурентом кремнию в практически всех областях микроэлектроники». С помощью данной технологии выровненные массивы углеродных нанотрубок можно создавать на любой поверхности, включая обычные кремниевые пластины, кремний на изоляторе, кварцевое стекло и гибкие материалы. Это означает, что технология интегрируется с традиционной цифровой логикой КМОП и преодолевает все существующие ограничения для гетерогенных интеграционных решений. Осталось придумать, как сделать её пригодной для массового использования и перейти от лабораторных испытаний к заводским.

Как сообщает информагентство РИА, группа учёных из «Сколтеха» совместно с исследователями из цюрихского центра компании IBM создали оптический транзистор, способный работать при комнатной температуре. Информация о разработке представлена на сайте журнала Nature Photonics (к полной статье доступ платный). Повысить рабочую температуру оптического транзистора до окружающей удалось благодаря переходу на такой органический материал (полимер), как полипарафенилен (MeLPPP). Этот материал также как полупроводники характеризуется наличием квантовых колодцев ― чередующихся зон с меньшей шириной запрещённой зоны, окружённых участками с большей шириной запрещённой зоны. Но и это не всё.

Оперировать приходится не чистым фотоном, а квазичастицей, которая возникает в ходе взаимодействия фотона и элементарного возбуждения среды (материала). Такая виртуальная частица называется поляритон. В данном случае учёные научились управлять экситон-поляритоном (exciton-polaritons). Эта квазичастица возникает при взаимодействии фотонов с возбуждением в диэлектрике. Тем самым задача по созданию оптической логики разбивается на две части. Фотоны превращаются в экситон-поляритоны (происходит как бы расщепление светового потока или вычленение квазичастиц), и только потом появляется возможность использовать экситон-поляритоны для переключения и усиления сигнала, что аналогично работе транзистора.

Конструктивно поляритон представляет собой оптический резонатор из двух отражающих волны зеркал вокруг квантового колодца со световой волной внутри. Квантовый колодец в данном случае ― это атом активного материала с вращающимся вокруг него электроном. Эта структура может поглощать фотон и излучать его. Эксперименты с подобным оптическим «транзистором» показали, что структура демонстрирует усиление на уровне 10 дБ мкм-1 и скорость переключения быстрее пикосекунды. Что важно, на основе оптического транзистора учёные создали каскадный усилитель и логические элементы, а не просто доказали работоспособность отдельной транзисторной структуры. Что же, процессоры на оптических транзисторах обретают какие-то контуры. Когда-нибудь они могут стать реальностью.