Конец эпохи перегрева: физики создали идеальную основу для «холодных» процессоров

Пока производители кремниевых чипов борются за каждыйнанометр техпроцесса, фундаментальная наука готовит почву для электроникиследующего поколения. Ученые из Китайской академии наук (IMR CAS) сообщили одостижении «Святого Грааля» спинтроники. Им удалось получить практическиидеальную эффективность преобразования электрического заряда в спин —показатель достиг теоретического квантового предела в 100%. Результаты исследованияопубликованы 16 декабря в престижном журнале Physical Review Letters.

Главный тормоз современной электроники — тепло. Когдаэлектроны движутся по проводам, они сталкиваются с атомами, нагревая процессор.Спинтроника предлагает альтернативу: передавать информацию не перемещениемзаряда, а с помощью спина (собственного момента импульса) электрона. Это сулитсоздание «холодных» процессоров и сверхбыстрой памяти. Однако до сих порэффективность такой конверсии (CSE) была низкой: сигнал затухал слишком быстроили требовал огромных энергозатрат.

Китайские исследователи предложили решение через такназываемую «инженерию геометрии поверхности Ферми». Они использовали альтермагнетики— особый класс материалов, который сочетает свойства обычных магнитов и антиферромагнетиков.

В качестве опытного образца был выбран селенид калия-ванадия(KV₂O₂Se). Расчеты показали, что благодаря уникальной плоской форме поверхностиФерми в этом кристалле, спиновый ток не встречает привычного сопротивления. Вточке зарядовой нейтральности эффективность конверсии составила 78%, а принебольшом легировании электронами она взлетела до рекордных 98%.

Для сравнения: предыдущий «чемпион» среди материалов,диоксид рутения (RuO₂), показывает эффективность в два раза ниже. Новыйматериал оказался не только эффективным, но и удивительно устойчивым ктемпературным колебаниям и дефектам структуры, что критически важно дляреального производства.

По сути, ученые нашли способ создать «сверхпроводник» дляспинового тока при комнатной температуре. Если KV₂O₂Se удастся интегрировать впроизводственные цепочки, мы получим устройства памяти и логики, которыеработают на порядки быстрее нынешних и практически не потребляют энергию врежиме ожидания.

Источник:english.cas.cn