Intel и ученые из Беркли создали магнитоэлектрический спин-орбитальный элемент, который в будущем должен заменить современные транзисторы. Плотность логических операций при этом возрастет в пять раз, а энергоэффективность — в 10-30 раз

Новый элемент

Исследователи из компании Intel, Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли разработали магнитоэлектрический спин-орбитальный (МЭСО) логический элемент, который должен прийти на смену комплементарным структурам металл-оксид-полупроводников (КМОП), то есть обычным транзисторам. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature, о них также сообщила Intel на своем сайте.

Intel считает, что применение МЭСО сможет вывести электронику из тупика, в которой она зайдет, когда миниатюризировать дальше современные транзисторы станет невозможно.

«Мы ищем революционные, а не эволюционные подходы к вычислениям в эпоху пост-КМОП. МЭСО построен вокруг низковольтных соединений и низковольтных магнитоэлектриков. Он объединяет инновации в области квантовых материалов и вычислений», — комментирует открытие Ян Янг (Ian Young), старший научный сотрудник Intel и директор группы исследования интегральных микросхем в группе технологий и производства.

Особенности элемента

Преимуществом МЭСО является то, что напряжение, необходимое для его переключения, в пять раз ниже напряжения при переключении КМОП. Проведенные эксперименты показали, что для переключения достаточно 500 мВ, но ученые подсчитали, что это значение можно довести до 100 мВ.

В результате процессоры на МЭСО будут потреблять в 10-30 раз меньше энергии по сравнению с чипами на транзисторах, плюс будут сверхэкономными в спящем режиме. В перспективе можно говорить о повышении энергоэффективности в 10-100 раз по сравнению с тем, чего в будущем можно добиться от КМОП.

МЭСО изготавливаются из так называемого мультиферроика — соединения висмута, железа и кислорода (BiFeO3)

Ученые сообщают, что МЭСО может вместить в пять раз больше логических операций на том же пространстве по сравнению с КМОП.

«Квантовые материалы комнатной температуры»

Кроме того, МЭСО может использоваться одновременно и для обработки, и для хранения данных — в каждый элемент можно записать по крайней мере 1 бит информации. Дело в том, что МЭСО изготавливаются из так называемого мультиферроика — соединения висмута, железа и кислорода (BiFeO3). Этот материал был впервые создан в 2001 г. Рамаморти Рамешем (Ramamoorthy Ramesh), профессором математики и инженерии Калифорнийского университета в Беркли и главным автором статьи в Nature.

Мультиферроик имеет два состояния — магнитное и ферроэлектрическое — которые связаны друг с другом. Меняя электрическое поле, можно изменить магнитное состояние. Таким образом, в качестве 0 и 1 здесь выступает восходящее и нисходящее направление намагниченности, которая меняется за счет манипуляций с полем.

Главным прорывом в создании МЭСО стало появление топологических материалов со спин-орбитальным эффектом, который позволяет эффективно считывать состояние мультиферроика. В МЭСО электрическое поле изменяет дипольное электрическое поле по всему материалу, что в свою очередь изменяет электронные спины, которые генерируют магнитное поле. Эта способность исходит из спин-орбитальной связи, квантового эффекта в материалах, который вырабатывает ток, определяемый направлением вращения электрона.

«МЭСО — это элемент, сделанный из квантовых материалов комнатной температуры», — поясняет Сасикант Манипатруни (Sasikanth Manipatruni), старший научный сотрудник и директор Научно-технологического центра Intel по интеграции и производству функциональной электроники.

Источник: cnews.ru