И все-таки они вертятся

Магнитный компьютер умеет больше, а потребляет меньше

Несколько лабораторий ведут разработку компьютера, который потребляет минимум электроэнергии и легко решает сложнейшие задачи распознавания речи и образов. Если они преуспеют, мы получим спинтронные компьютеры.

Спинтроника (spintronics, от spin electronics) — новая область архитектуры микропроцессоров, в которой цепи замыкаются или размыкаются в соответствии с направлением «вращения» (спина) электронов, а не с их местоположением. Сегодняшние микропроцессоры основаны на возможности «держать» электроны в микроскопических емкостях — лейденских банках. Присутствие электронов соответствует единице, отсутствие — нулю. Транзисторы могут перемещать электроны и засекать их присутствие. Этот процесс требует электроэнергии. Самый мощный процессор Intel имеет 2 млрд цепей и потребляет не менее 130 Вт.

Спинтронному компьютеру потребуется вдвое меньше энергии, поскольку ему не надо перемещать электроны: он только «вращает» их с помощью электромагнитных сил. Электроны — вращающиеся частицы, положительный спин и отрицательный спин — это, грубо говоря, версия их вращения по часовой и против часовой стрелки. Поддержка вращения в ту или иную сторону и определение направления вращения — вот основа работы с данными в компьютере будущего. Одна из выгод — аккумулятор портативного компьютера работает дольше. Другая — существенная экономия энергии.

Спинтронные компьютеры появятся не ранее чем через 10 лет, но сама технология уже используется в производстве магнитных головок для чтения и записи данных на жесткие диски. Физики Альберт Ферт и Питер Грюнберг в 1988 году обнаружили, что в магнитном поле электрическое сопротивление некоторых металлов заметно снижается. В 2007 году им была вручена Нобелевская премия за это открытие, получившее название «эффект гигантского магнитосопротивления». В 1997 году IBM использовала этот эффект в производстве сверхъемкого диска.

Однако сделать работающий при комнатной температуре металлический аналог кремниевого чипа пока не удавалось никому. Ученые создали небольшие спинтронные чипы, которые могли работать только на сверхнизких температурах. Когда температуру поднимали выше –173° C, прототипы теряли свои магнитные свойства.

И вот Майкл Флате (Университет Айовы, США) возглавил рабочую группу, перед которой стоит задача — создать прототип спинтронного процессора. В составе группы из шести американских ученых — Иури Сузуки, который разрабатывает «слоеный пирог» из окислов металлов в надежде соединить его с углеродными материалами и получить новый тип полупроводника, способный контролировать спин при обычных температурах. А физик Эндрю Кент работает с магнитами, пытаясь определить минимальный ток, при котором электрон меняет спин. Если соединить эти магниты с полупроводниками, то получится чип, в котором будут как функции памяти, так и логические функции. Это позволит компьютеру будущего мгновенно загружаться и быстро обрабатывать данные.

Новости партнеров