目前硅基计算技术非常能源利用率低。信息和通讯技术(ICT)将使用全球电力产量的20%以上1到2030年。所以寻找低碳技术就是一个明显的节能目标。从牛津大学物理系教授保罗Radaelli,使用钻石光源,英国国家同步,主要研究硅的替代品,这将带来更大的效率。他的小组今天令人惊讶的发现发表在《自然——“反铁磁性的half-skyrmions bimerons在室温下。”——宇宙旋转生锈,一些反铁磁性的纹理他们发现可能成为总理候选人在室温下低能反铁磁自旋电子学。
研究人员已经工作很长一段时间替代硅技术。常见的金属,如铁和铜的氧化物是自然的目标,因为他们已经技术主要存在于硅基电脑意义极有可能这两种技术之间的兼容性。但是,尽管氧化物是伟大的存储信息,他们并不擅长移动信息,计算的必要性。然而,一个属性的氧化物,出现了很多磁这意味着它可能移动磁“位”,在氧化物和其他磁铁,只需要很少的能量。
“比特的种类必须非常小——我们说的十纳米(一米的10/1000000000)是典型的目标图,必须健全即使动摇和搅拌。这是非常具有挑战性的,因为他们只是消散的风险非常高,有些很小。一个可能的解决方案来自最不可能的方向:固态物理学和宇宙学之间的奇怪的平行。事实上,这个项目的灵感是形式的挑战:我们可以复制宇宙弦的磁铁吗?”Radaelli教授解释说
必须得到答案是钻石的团队使用的纳米科学beamline和光电发射电子显微镜(PEEM)。它结合了高空间分辨率和高通量密度来解决纳米结构在纳米长度尺度。通过PEEM,纳米科学beamline可以解决纳米粒子的直径小于20 nm,使用偏振软x射线。
在太空中宇宙弦应该是丝,比一个原子薄但可能只要恒星之间的距离。某些宇宙学理论预测,他们可能已经形成了宇宙大爆炸后瞬间被迅速冷却。尽管如此,如果他们真的存在,仍然存在争论,但有一种理论认为,一旦形成,宇宙弦将是稳定的,不会“蒸发”,所以天文学家们可能会发现他们在未来。宇宙弦的相关性和计算机的数学描述宇宙弦非常简单。同样的数学条件,支持字符串的形成可能被发现在许多其他的物理系统,包括磁铁。
“这是物理学的美:数学方程描述的“宇宙”秒差距尺度也可能工作在纳米尺度的缩影。设置了挑战,仍要做的就是找到一个合适的磁铁。再次,候选人是最不可能:共同生锈。”
氧化铁(化学公式Fe2O3)是一个生锈的主要组成部分。每个铁原子充当一个小指南针,但这种特殊形式的Fe2O3不是普通意义上的磁性吸引和被其他磁铁吸引了:这是一个反铁磁性物质,这一半的Fe罗盘点“北”,另一半“南”。
两年前,在钻石样品生产的威斯康辛大学麦迪逊Radaelli教授的牛津大学的研究小组发现了磁Fe2O3相当于宇宙弦,并使用一个强大的x射线显微镜成像他们。2这些微小物体称为“后基节”是磁旋转,指南针的针旋转(NESW或NWSE)作为一个从一个原子在nanometre-scale到下一个循环。
“事后看来,发现磁后基节是一个巨大的幸运,因为我们知道他们很难稳定条件用于第一个实验。今天发表的论文,我们扩展我们的合作新加坡国立大学和设法找到创建和摧毁磁后基节的关键,利用数学的大爆炸冷却”,Prof.Radaelli补充道。
团队认为有好的前景使用“生锈”创建高效的计算机。这是因为虽然在体系结构非常简单,Fe2O3-based设备后基节和bimerons被发现已经包含所有的原料快速有效地操纵这些微小的碎片,通过流动的一个微小的电流在一个极薄的金属“大衣”。事实上,球队状态控制和实时观察后基节的运动和bimerons是未来的目标x射线显微镜实验中,目前在规划阶段。
从基础研究到应用研究意味着成本和兼容性的考虑是非常重要的。氧化铁是极其丰富和廉价,新加坡的研究人员使用的制造技术和麦迪逊是复杂的,需要量子控制。然而,团队持乐观态度,因为他们最近证明,可以“剥离”一层薄的氧化物的生长介质,放到任何地方,它的属性是基本上不受影响。他们说他们的下一个步骤将概念验证设备的设计和制造基于“宇宙弦”。
参考:
本文从提供的材料已经再版钻石光源。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。
