Челябинские ученые нашли ключ к созданию «иных» процессоров

Дзен

Повысить производительность компьютеров за счет создания микросхем, использующих квантовые свойства электронов, может разработка нового сплава, предложенная учеными ЧелГУ. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Современные компьютеры приближаются к пределу своих возможностей, считают исследователи Челябинского государственного университета (ЧелГУ). Вычислительной технике уже тяжело даются задачи, с которыми справляется человеческий мозг: мгновенное распознавание лиц, понимание сложной речи или прогнозирование непредсказуемых событий. Требуются принципиально новые решения.

«»Одним из наиболее перспективных направлений, способных решить эту проблему, считается спинтроника. В отличие от традиционной электроники, где основой является заряд электрона, в устройствах спинтроники ключевую роль играет спин — врожденное квантовое свойство электрона, определяющее его магнитные свойства», — сообщила доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Оксана Павлухина.

По ее словам, если представить традиционный компьютер как систему водопроводных труб, где информация — это поток воды (электрический заряд), то спинтроника работает с «вращением» каждой отдельной молекулы воды (спином электрона). Использование такого подхода позволяет создавать вычислительные устройства, которые работают значительно быстрее и при этом потребляют меньше энергии.

Однако ключевым требованием для создания таких устройств является использование специальных материалов с высоким уровнем спиновой поляризации. Этот показатель определяет, сколько электронов в материале ориентированы в одном направлении, что напрямую влияет на эффективность и стабильность работы потенциального прибора, объяснили исследователи.

В поиске таких материалов специалисты вуза сосредоточились на перспективном классе соединений — сплавах Гейслера, известных своими особыми магнитными свойствами. Они выбрали трехкомпонентные сплавы Гейслера с низкими значениями спиновой поляризации, не имеющие перспектив применения в спинтронике, и изучили возможность создания на их основе четырехкомпонентных сплавов с улучшенными свойствами.

С помощью теории функционала плотности ученым удалось получить новые сплавы с высокими значениями спиновой поляризации. «Наши расчеты показали, что сплав, где частично смешаны галлий и мышьяк, проявляет устойчивое полуметаллическое поведение со стопроцентной спиновой поляризацией», — прокомментировала Павлухина.

Это фундаментальное исследование позволяет понять, как целенаправленно менять состав сплавов для придания им необходимых свойств. В дальнейшем ученые планируют продолжать поиск сплавов, перспективных для конструирования устройств спинтроники.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания №075-00186-25-00.