В будущем компьютеры смогут обрабатывать информацию при помощи молекул

С каждым днем возрастает требование к компьютерной технике и рано или поздно нынешние технологии дойдут до предела своих возможностей. Увеличивать производительность полупроводниковых процессоров больше не получится. Нужны новые технологии, которые обеспечат более высокий уровень производительности, а также низкое энергопотребление, возможность хранения больших объемов информации.

Недавно одну из таких технологий представили ученые из России и Италии. Впервые ученым удалось зафиксировать переход соединения железа между двумя разными спиновыми состояниями. Наличие этих двух состояний и возможность переключаться между ними в нужный момент позволяет передавать логический сигнал. Возможно, в будущем на основе данной технологии будут выполнены накопители и процессоры.

В современных полупроводниковых процессорах передача данных и проведение логических операций осуществляется за счет движение электронов. Возможности этой технологии уже практически исчерпаны себя, повышать производительность становится все сложнее и сложнее. Поэтому разработка новых технологий сейчас особенно актуальна.

Спинктроника ꟷ технология, основанная на переносе данных за счет взаимодействия магнитных моментов, или спинов электронов. Само такое свойство, как «спин» (в переводе означает вращение) было обнаружено в 1924 году. Спином называется собственный момент импульса элементарных частиц. Наличие двух спиновых состояний электрона позволяет использовать это свойство для создания процессоров нового поколения.

По мнению исследователей, не все материалы подходят для спинктроники. Одно из главных требований, вещество должно обладать способностью намагничиваться. Кроме того, чтобы хранить информацию в двоичном виде, молекулы должны существовать в двух постоянных состояниях. Это же требование необходимо для проведения логических операций. Это касается компьютеров, работающих в двоичной системе.

Ученые для исследования взяли полимерную молекулу, которая содержит два иона двухвалентного железа. Каждый из ионов существует в двух состояниях — низкоспиновом и высокоспиновом. Причем они могут переходить из одного состояния в другое независимо друг от друга. То есть один атом может находиться в низкоспиновом состоянии, а другой — в высокоспиновом. Переход от одного состояние в другое осуществляется практически мгновенно, то есть занимает микросекунды.

Главной сложностью данной технологии заключается в том, что переход из одного состояния в другое сложно обнаружить, так как молекулы симметричны. Чтобы обнаружить переход, исследователи использовали технологию ядерного магнитного резонанса. Он позволяет зафиксировать взаимодействие ядерных магнитных моментов с моментами электронов. Таким образом ученые впервые смогли обнаружить переход с высокоспинового состояния в низкоспиновое, и наоборот. Подробности данного исследования были опубликованы авторами исследования в журнале Angewandte Chemie.

Трехмерное изображение формирования стабильного спинового состояния электрона (спиновой спирали)

Сделанное учеными открытие, возможно, позволит создать устройства для сверхплотного хранения данных, которые значительно превосходят имеющиеся виды носителей по объему данных, которые в них можно хранить. Подобные устройства принято называть молекулярными клеточными автоматами.

Также на основе этой технологии можно создать альтернативу полупроводникам для обработки информации, то есть новые процессоры Основное их отличие от полупроводниковых заключается в том, что сигнал передается не потоком электронов, а путем переключения молекул, выстроенных в цепочку и образующих ячейки. По словам ученых, молекулярные клеточные автоматы будут обладать более низким тепловыделением и энергопотреблением, чем имеющиеся современные решения. Но главное, они будут обладать гораздо более высокой производительностью.

Источник: hi-news

Александр Григорьев ЦСО "Крокус"