Магнитные вихри в мембранах: новый способ сверхскоростной передачи данных

Исследователи из Оксфордского университета в Великобритании разработали магнитные вихри в мембранах, которые позволяют передавать данные со скоростью, исчисляемой километрами в секунду. В пресс-релизе университета говорится, что такое прорывное достижение в передаче информации может проложить путь к новому поколению сверхбыстрых вычислительных платформ.

«Вычисления на основе кремния слишком неэффективны с точки зрения энергопотребления для следующего поколения вычислительных приложений, таких как полномасштабный искусственный интеллект и автономные устройства», - заявил Хариом Джани, научный сотрудник физического факультета университета, участвовавший в исследовании.

«Чтобы преодолеть такие проблемы, потребуется новая вычислительная парадигма, которая будет использовать физические явления, быстрые и эффективные, для дополнения существующих технологий». Исследователи искали альтернативные методы передачи данных с использованием материалов, отличных от кремния. Однако полный отказ от кремния в вычислительных технологиях потребовал бы многих лет. Вместо этого нужен был метод, совместимый с кремнием.

В предыдущих работах в данной области использовались материалы, известные как антиферромагнетики, из которых можно создавать магнитные вихри. Такие вихри могут передавать данные в 1000 раз быстрее, чем современные устройства.

В лаборатории Паоло Радаелли, профессора Оксфордского университета, исследовательская группа изготовила ультратонкие мембраны из кристаллического гематита. Такой компонент ржавчины может выполнить нужную работу (гематит является компонентом ржавчины и может образовывать нужные магнитные структуры). «Подобные мембраны относительно новы в мире кристаллических квантовых материалов и сочетают в себе преимущества как объемных 3D керамик, так и 2D материалов, а также легко переносятся», - добавил Радаелли в пресс-релизе.

Чтобы создать магнитные вихри, исследователи вырастили слои гематита на кристаллической подложке, покрытой специальным цементным слоем. Этот цементный слой они назвали «жертвенным», поскольку позже он растворялся в воде, чтобы отделить слои гематита от кристаллической подложки. Полученные свободно стоящие слои гематита затем можно было перенести на кремний и другие материалы, которые можно использовать для создания устройств.

Помимо метода генерации магнитных вихрей, команда также должна была разработать новую методику визуализации, которая позволила бы увидеть наномасштабные магнитные структуры в таких мембранах. Как сказано в пресс-релизе, ученые использовали поляризованные рентгеновские лучи, чтобы определить, что свободно стоящие слои гематита могут нести в себе устойчивое семейство магнитных вихрей, обеспечивающих сверхбыструю обработку информации.

«В отличие от жестких объемных керамических аналогов, которые ломаются, наши гибкие мембраны можно скручивать, гнуть и сворачивать в различные формы без разрушения», - сказал Джани в пресс-релизе.

«Мы воспользовались данной новой гибкостью, чтобы разработать магнитные вихри в трех измерениях, что раньше было невозможно. В будущем форму таких мембран можно будет изменять для создания совершенно новых 3D магнитных схем».

Исследователи теперь работают над созданием прототипов устройств, которые смогут использовать электрические токи и возможности магнитных вихрей. После интеграции с такой технологией компьютеры будущего смогут работать подобно человеческому мозгу, заключили исследователи.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials .