Создан первый в своем роде магнитный логический элемент с полностью электрическим управлением

Буквально с каждым годом наши компьютеры становятся все быстрее и быстрее, что существенно расширяет ряд задач, которые могут быть решены при их помощи. Однако, в последнее время замечается некоторый спад ежегодного роста производительности компьютеров, определяемого так называемым законом Гордона Мура, и происходит это из-за того, что элементы традиционных кремниевых чипов приближаются по размерам к пределам ограничений, накладываемых фундаментальной физикой. Таким образом, для сохранения темпов роста производительности компьютеров требуется замена исчерпавших свои возможности кремниевых технологий какими-то альтернативными технологиями, и к такой альтернативной технологии можно отнести использование магнитных узлов логических элементов вместо обычных электронных транзисторов.

Группа исследователей из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) и института имени Пола Шеррера разработали способ создания магнитного логического вентиля, управление которым осуществляется исключительно электрическим способом путем использования так называемой хиральности (зеркального отражения) свойств отдельных магнитных областей. Это, в свою очередь, снимает необходимость использования внешних магнитных полей, что раньше делало такие элементы чрезвычайно сложными, громоздкими и неподходящими для практического использования.

Основой новых магнитных узлов является так называемая магнитная беговая память (magnetic racetrack memory), в которой крошечные проводники перемещаются за счет движения электронов по ним. Первым логическим элементом, созданным учеными, стал вентиль НЕ, полностью изменяющий направления внутренних магнитных полей при помощи электрического управления. Главным компонентом этого вентиля стал тончайший проводник из немагнитной платины, покрытый слоем магнитного кобальта, при этом, магнитное поле слоя кобальта было выровнено перпендикулярно направлению проводника. Исключение составляли лишь пограничные области в зоне контакта платины и кобальтового покрытия. При такой конфигурации приблизительно в центре проводника возникала так называемая «стена», зона, выполняющая роль тонкого магнитного диэлектрика.

Когда на один из концов платинового проводника было подано электрическое поле, сформировался своего рода магнитный домен, который начал перемещаться в сторону другого конца проводника. Когда этот домен «столкнулся» со стеной, он разрушился, а на другой стороне этой стены возник новый домен, продолживший движение, направление магнитной силы (магнитный момент) которого имел противоположное значение. И в результате этого получился магнитный бит, состояние которого можно устанавливать чисто электрическим способом.

Ученые, использовав дополнительные соединения и описанные выше вентили НЕ, создали логический элемент И-НЕ, который является самым широко используемым и распространенным из всех базовых логических элементов. Это устройство является первым шагом к созданию магнитных логических элементов других типов, которые могут стать основой магнитных процессоров, не нуждающихся во внешних магнитных полях. И, для того, чтобы приблизить это все к области коммерческого использования, ученые собираются продолжить исследования, направленные на уменьшение силы электрического тока, используемого для управления и считывания состояния магнитного логического элемента.