Ученые IBM приближаются к практическому использованию спинтроники в компьютерных вычислениях.

Ученые из из IBM Research и Лаборатории физики твердого тела в ETH Zurich продемонстрировали новую технологию, с помощью которой можно управлять спином, направлением вращения электрона, и заставить перемещаться электроны, соблюдая строгий установленный порядок. При этом, время фиксации спина электронов было увеличено в 30 раз по сравнению с результатами предыдущих экспериментов. Теперь же время составило 1.1 наносекунду, что сопоставимо с длительностью рабочего цикла микропроцессора с тактовой частотой 1 ГГц. А это, в свою очередь, уже позволяет серьезно задуматься об использовании спинтроники в области компьютерных вычислений.

Современная вычислительная техника кодирует и обрабатывает информацию, представленную в виде электрических зарядов движущихся электронов, если говорить проще, электрического тока. Однако, как хорошо известно, такой метод имеет ряд серьезных ограничений, в то время, как размеры полупроводниковых приборов продолжают постоянно уменьшаться, они, эти приборы, неумолимо приближаются к пределу, за которым перестанет быть возможным управление потоком электронов. Спинтроника может помочь людям преодолеет этот приближающийся тупик, ведь вместо заряда электронов будет использоваться их спин, момент вращения.

В более ранее время ученые-физики наблюдали непонятный, но интересный эффект. Было замечено, что электроны, двигающиеся внутри полупроводникового материала, в некоторые моменты времени спонтанно упорядочивались и разбивались на синхронно вращающиеся пары. Такое упорядоченное движение сохранялось на расстояниях в десятки микрометров. Во время своего «вальса» некоторые электроны, словно люди во время танца, меняли свои пары, что делало их всех одной единой группой. Ученые IBM используя чрезвычайно короткий импульс лазерного света, научились инициировать такое упорядоченное движение групп электронов, вращающихся в одном направлении. Но, вместо того, чтобы спонтанно растерять ориентацию вращения, «инициированные» электроны продолжали стабильно двигаться в одном направлении, подобно потоку людей на демонстрации.

Такой метод захвата и управления спинами электронов был теоретически предложен учеными еще в 2003 году, до последнего момента времени некоторым ученым удавалось получить только неявные и косвенные признаки того, что этот эффект существует на самом деле. А ученым IBM впервые удалось инициировать и непосредственно наблюдать за этим эффектом. Используя технологию временной сканирующей микроскопии, ученые определили, что синхронное вращение электронов может соблюдаться при движении последних на расстояние более чем 10 микрометров, одну сотую миллиметра. Это, в свою очередь, уже позволяет использовать упорядоченное вращение для реализации вычислений простых логических и арифметических функций.

Конечно, путь данной технологии из лаборатории до рынка электроники будет еще невероятно долог. Исследования в области спинтроники, которые проводили ученые IBM, производились при температуре -233 градуса Цельсия. Но, в любом случае, новое открытие, сделанное учеными IBM, дает людям беспрецедентный контроль над движением магнитных «зарядов» в полупроводниковых устройствах, открывает новые возможности и перспективы для создания малогабаритной и энергосберегающей электроники.