Nový geometrický princip může pomoci vyvinout ultralow-energy počítače
InovaceVědci v USA objevili jednoduchý geometrický princip, který by mohl pomoci inženýrům vyvinout spolehlivé a ultralow-energy počítače. Moderní elektronika totiž závisí na miliardách malých přepínačů, které spotřebují elektrickou energii při každém spuštění nebo vypnutí.
Vědci v USA objevili jednoduchý geometrický princip, který by mohl pomoci inženýrům vyvinout spolehlivé a ultralow-energy počítače. Moderní elektronika totiž závisí na miliardách malých přepínačů, které spotřebují elektrickou energii při každém spuštění nebo vypnutí. Proto se vědci snaží najít alternativy, které budou schopny stejné úkoly vykonávat s daleko menší spotřebou energie.
Ultralow-energy počítače
Nová studie vedená Argonnem odhalila geometrický princip, který určuje, zda skupiny nanomagnetů chovají se předvídatelně nebo náhodně, když se blíží k stabilnímu stavu. Tento objev vyvrací standardní modelovací předpoklady a otevírá nové možnosti pro ultralow-energy počítače.
"Co jsme objevili, je vztah mezi strukturou a funkcí," řekl Argonnenský materiál Hanu Arava, hlavní autor studie. "V našem případě je strukturou geometrické uspořádání magnetů oproti sobě a funkcí je to, jak se energie pohybuje skrze systém. Ukázali jsme, že geometrie sama o sobě může určovat, jak se energie pohybuje skrze tyto magnetické systémy, a tento poznatek nám dává nový způsob, jak navrhnout počítačové zařízení."
Arava srovnává proces s tím, když se pustí koule z vrcholu hory. Koule přirozeně spadne po nejsnazší cestě, dokud nedosáhne nejnižšího bodu. Vědci nazývají tuto cestu energetickým relaxačním kanálem – cestu, kterou systém následuje, když se blíží k nejstabilnějšímu stavu. V systému nanomagnetů se magnetské pole interagují v komplexní rovině, ale chovají se stejným principem: krok za krokem se blíží k nejnižší energetické konfiguraci.
K odhalení tohoto vztahu se vědci zaměřili na jednoduchou geometrickou řadu v Argonnově Centru pro nanomateriály, uživatelském zařízení DOE Office of Science. Začali s čtyřmi nanomagnetami uspořádanými do řeckého kříže nebo plusového znaménka, poté je všechny současně otočili, dokud se neuspořádali do čtverce. Na různých úsecích cesty tým měřil, jak se systém blíží k nejstabilnějšímu stavu.
Intuitivní rámec pro pochopení energetického uvolňování
Studie publikovaná v Communications Materials zkoumá povahu mezistavů v jednoduchém modelu nanomagnetů, který se skládá z čtyř nanomagnetů uspořádaných do čtvercové plošinky. Vědci prostřednictvím systematické prohlídky demonstrovali, jak geometrie ovlivňuje energetické uvolňování cest prostřednictvím multipolární analýzy. "Rozvádíme povahu energetických uvolňování cest, s přímými důsledky pro pochopení magnetické frustace a metastabilitu v umělých spinových ledových strukturách. Naše teoretické modely jsou podporovány experimentálními výsledky z měření indukovaného uvolňování pomocí magnetické síly mikroskopie. Tento výzkum poskytuje intuitivní rámec pro pochopení energetického uvolňování v umělých spinových ledových strukturách," uvedli vědci v studii.