Vortici magnetice minuscule ar putea face computerele să funcționeze mai mult ca creierul tău
Oamenii de știință au realizat o descoperire cu vortici magnetici minusculi care ar putea deschide calea către computere asemănătoare creierului, utilizând o fracțiune din electricitatea actuală. Credit: AI/ScienceDaily.com Structuri magnetice minuscule numite skyrmioni ar putea contribui la crearea unei noi generații de computere care procesează informația mai mult ca creierul uman, consumând mult mai puțină electricitate. Deși majoritatea oamenilor nu au auzit niciodată de skyrmioni, acești vortici magnetici microscopici ar putea juca un rol important în modul în care computerele stochează și procesează datele. Un studiu publicat în jurnalul Nature Nanotechnology oferă noi perspective asupra modului în care se comportă skyrmionii și cum îi pot controla oamenii de știință. Descoperirile ar putea ajuta cercetătorii să dezvolte sisteme de calcul mai mici, mai eficiente și să avanseze tehnologiile cuantice emergente. Majoritatea cercetărilor au fost efectuate la Institutul de Fizică de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, Germania, cu contribuții de la un profesor de la Universitatea Norvegiană de Știință și Tehnologie (NTNU).
Skyrmionii, o nouă frontieră
"Skyrmionii sunt vortici magnetici mici care pot stoca informații într-un mod complet nou", a explicat Asle Sudbø, care conduce Centrul pentru Spintronică Cuantică (QuSpin) de la NTNU. Spre deosebire de tehnologiile convenționale, care necesită cantități tot mai mari de spațiu și energie pentru a gestiona cantități de date în creștere, skyrmionii ar putea oferi o alternativă mult mai eficientă. "În loc de tehnologia actuală, unde avem nevoie constant de mai mult spațiu și energie pentru a procesa date, skyrmionii ar putea permite construirea unor sisteme de stocare a datelor mult mai mici și mai eficiente energetic", a explicat Sudbø.
Potențialul computerelor asemănătoare creierului
Potențialele aplicații ale skyrmionilor depășesc cu mult stocarea convențională de date. Sunt importanți, de asemenea, pentru spintronică, care explorează modalități de a utiliza proprietățile magnetice ale electronilor în dispozitive electronice, și pentru cercetările legate de efectele cuantice topologice. O posibilitate deosebit de promițătoare este dezvoltarea de computere care funcționează în moduri similare cu creierul biologic. "Acești vortici la scară nanometrică ar putea ajuta la dezvoltarea unor computere care să semene cu creierele biologice", a spus Sudbø. În loc să se bazeze pe calculul convențional bazat pe tranzistori, astfel de sisteme ar putea utiliza magnetismul pentru a procesa informația. În principiu, această abordare ar putea reduce dramatic consumul de electricitate, permițând computerelor viitoare să efectueze sarcini complexe cu foarte puțină energie. Transformarea acestei posibilități în tehnologie practică necesită însă ca oamenii de știință să înțeleagă exact cum se comportă skyrmionii și cum să îi manipuleze fiabil. Cel mai recent studiu reprezintă un progres important către acest obiectiv.
Oamenii de știință filmează topirea rețelelor de skyrmioni magnetici pentru prima dată
Skyrmionii nu există întotdeauna ca structuri magnetice izolate. În anumite condiții, se organizează în modele repetitive cunoscute sub denumirea de rețele (lattices), asemănătoare aranjamentului ordonat al atomilor într-un cristal, dar la o scară mult mai mică. Oamenii de știință pot manipula aceste aranjamente, o capacitate care ar putea fi esențială pentru utilizarea skyrmionilor în viitoarele dispozitive de calcul. În noul studiu, cercetătorii au realizat ceva ce nu a mai fost demonstrat până acum. Au înregistrat topirea unei rețele de skyrmioni magnetici pe măsură ce aceasta se întâmpla, controlând simultan skyrmionii individuali. "Pentru prima dată, cercetătorii au reușit să filmeze cum se topește o rețea de skyrmioni magnetici în timp real, fiind în același timp capabili să manipuleze direct fiecare skyrmion individual pe măsură ce îl filmează. De exemplu, atât forma, cât și dimensiunea lor pot fi modificate 'din mers'", a spus Sudbø. Abilitatea de a observa direct acest proces oferă o imagine mai clară asupra modului în care skyrmionii răspund atunci când structurile lor organizate se descompun. De asemenea, permite cercetătorilor să studieze cum schimbarea dimensiunii și formei vorticilor magnetice individuale afectează comportamentul acestora.
Un nou pas către calculul eficient energetic
Înțelegerea modului în care se comportă skyrmionii în timpul descompunerii rețelelor lor ar putea ajuta oamenii de știință să dezvolte modalități mai precise de a-i controla. Acest control este deosebit de important dacă aceste structuri magnetice vor deveni componente utile în viitoarele sisteme informatice. Prin urmare, descoperirile oferă mai mult decât o nouă modalitate de a observa un fenomen magnetic neobișnuit. Ele oferă informații care ar putea ajuta cercetătorii să depășească provocările implicate în dezvoltarea tehnologiilor practice bazate pe skyrmioni. "Descoperirile ne oferă noi perspective asupra modului în care se comportă aceste tipuri de particule. Prin urmare, acest lucru ar putea deveni important pentru dezvoltarea unei tehnologii informatice mai eficiente energetic în viitor", a spus Sudbø. Deși este încă necesară o dezvoltare substanțială înainte ca skyrmionii să poată fi utilizați în dispozitivele informatice de zi cu zi, cercetarea subliniază potențialul lor de a îmbunătăți stocarea datelor, de a permite noi arhitecturi de calcul și de a sprijini progrese în tehnologia cuantică. Învățând să observe și să manipuleze acești vortici magnetici minusculi în timp real, oamenii de știință obțin capabilități care ar putea, în cele din urmă, să contribuie la remodelarea designului computerelor. "Acest lucru ar putea revoluționa modul în care gândim despre computere", a concluzionat Sudbø.