Новости

Mar 09, 2023

Новые скирмионные транзисторы стимулируют исследования в области квантовых технологий и искусственного интеллекта

25 мая 2023 г. Эта статья

25 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Национальным исследовательским советом по науке и технологиям

В эпоху, отмеченную нарастающим энергетическим кризисом, мир стоит на пороге преобразующей революции в технологии спинтроники, обещающей сверхнизкое энергопотребление в сочетании с превосходной производительностью. Чтобы проиллюстрировать потенциал, рассмотрим следующее: мощность, потребляемая AlphaGo во время знаменитой игры в го в 2016 году, равнялась ежедневному энергопотреблению 100 домохозяйств. К 2021 году искусственному интеллекту Tesla для автономного вождения потребуется в десять раз больше энергии для обучения.

В ответ на этот растущий спрос Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал первый в мире транзистор, способный управлять скирмионами. Этот прорыв прокладывает путь к разработке устройств со сверхмалым энергопотреблением следующего поколения и, как ожидается, внесет значительный вклад в квантовые исследования и исследования искусственного интеллекта. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.

Скирмионы, расположенные в вихревой спиновой структуре, уникальны, поскольку их можно миниатюризировать до нескольких нанометров, что делает их подвижными с исключительно малой мощностью. Эта характеристика делает их решающим элементом в развитии приложений спинтроники.

Взрывной рост электронной техники в 21 веке можно проследить до изобретения транзистора в 1947 году в лабораториях Bell в США. Действуя как усилитель и переключатель электрического тока, транзистор сыграл решающую роль в области электронной техники. Открытие скирмиона в 2009 году спровоцировало широкомасштабные исследования транзисторов на основе скирмиона, но отсутствие необходимой технологии для управления движением скирмиона помешало этим усилиям.

Это узкое место было преодолено с помощью недавно разработанного KRISS скирмионного транзистора, который использует запатентованную технологию для электронного управления движением скирмионов, созданных в магнитных материалах. Это инновационное решение позволяет точно контролировать поток скирмионов или его остановку, подобно тому, как обычные транзисторы модулируют электрический ток.

Важнейшим аспектом управления движением магнитных скирмионов является контроль магнитной анизотропии, которая влияет на энергию скирмионов. Предыдущие исследования пытались регулировать магнитную анизотропию посредством движения кислорода внутри устройств, но не смогли добиться единообразного контроля.

Преодолевая эту проблему, команда KRISS Quantum Spin разработала новаторский метод равномерного контроля магнитной анизотропии за счет использования водорода в изоляторах из оксида алюминия, что стало первым в мире экспериментальным применением скирмионных транзисторов.

Эта веха представляет собой еще одну основополагающую технологию для устройств спинтроники после достижения института в 2021 году в создании, удалении и перемещении скирмионов. Появление спинтронного транзистора должно ускорить разработку устройств на основе спинтроники, таких как нейроморфные и логические устройства, которые предлагают существенные преимущества в энергопотреблении, стабильности и скорости по сравнению с традиционными электронными устройствами.

Доктор Чан Ён Хван, директор Института квантовых технологий KRISS, говорит: «Крупные корейские компании сосредоточивают свое внимание на полупроводниках следующего поколения, которые используют спинтронику, чтобы преодолеть ограничения нынешних кремниевых полупроводников. Мы планируем развивать технологии, связанные со спинтроникой. дальше и включить их в полупроводниковые устройства следующего поколения и квантовые технологии».