`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Исследование может революционизировать производство компьютерной электроники

Новаторский метод создания передовых универсальных микрочипов может революционизировать скорость, эффективность и возможности компьютеров следующего поколения.

Исследователи из Университета Эксетера, Англия, разработали инновационный метод для более простого и дешевого проектирования компьютерных чипов, чем обычные методы.

Это открытие может революционизировать производство оптоэлектронных материалов, или устройств, которые генерируют, обнаруживают и управляют светом, являющихся жизненно важными для следующего поколения возобновляемых источников энергии, технологий безопасности и обороны, говорят исследователи.

Автор статьи д-р Анна Балдичева из Центра по исследованиям графена Университета Эксетера отметила: «Этот прорыв, мы надеемся, приведет к революции в разработке жизненно важных новых материалов для компьютерной электроники. Эта работа обеспечивает прочную платформу для разработки новых оптоэлектронных устройств следующего поколения. Кроме того, используемые материалы и методы чрезвычайно перспективны для широкого круга потенциальных применений за пределами существующих устройств».

Новые исследования были сосредоточены на разработке универсальной многофункциональной технологии для значительного повышения будущих вычислительных возможностей.

Команда применила микрожидкостную технологию, которая использует серию крохотных каналов, чтобы контролировать поток и направление крошечных количеств жидкости. Для этого исследования жидкость содержала хлопья оксида графена, которые смешивались вместе в каналах для создания чипов.

В то время как хлопья оксида графена являются двумерными, исследовательская группа использовала новую сложную систему на основе света для управления сборкой трехмерных структур.

Крайне важно, что исследовательская группа проанализировала свою методологию, чтобы не только подтвердить успешность методики, но и предоставить план использования, который может помочь изготовить чипы.

Профессор Моника Крачун (Monica Craciun), соавтор статьи и доцент кафедры нанонауки в Эксетере, добавила: «Мы очень воодушевлены потенциалом этого прорыва и с нетерпением ждем, где он может быть использован для будущей оптоэлектроники».

Исследование может революционизировать производство компьютерной электроники

Профессор Моника Крачун и д-р Анна Балдичева

Впервые наблюдался квантовый фазовый переход

Потенциальными будущими приложениями квантового фазового перехода могут быть элементы памяти, а также процессоры для квантового моделирования.

Группа ученых под руководством Йоханнеса Финка (Johannes Fink) из Института науки и технологии Австрии (IST Austria) сообщила о первом экспериментальном наблюдении фазового перехода первого рода в диссипативной квантовой системе. Фазовые переходы - это то, с чем мы часто сталкиваемся в повседневной жизни, когда наблюдаем изменение состояния материи, например замораживание воды при критической температуре 0 градусов Цельсия. Однако фазовые переходы также происходят на квантовомеханическом уровне, где они, несмотря на их важность для различных областей физики, относительно не исследованы.

Одним из примеров фазового перехода на квантовом уровне является прорыв фотонной блокады, который был открыт всего два года назад. Во время фотонной блокады фотон заполняет резонатор в оптической системе и препятствует проникновению других фотонов в одну и ту же полость до тех пор, пока он ее не покинет, что, следовательно, блокирует поток фотонов. Но если поток фотонов возрастает до критического уровня, происходит предсказанный квантовый фазовый переход: фотонная блокада разрушается, а состояние системы изменяется от непрозрачного до прозрачного. Этот фазовый переход в настоящее время экспериментально наблюдался исследователями, которым впервые удалось удовлетворить очень специфические условия, необходимые для полного изучения этого эффекта.

Во время фазового перехода непрерывное изменение внешнего параметра, например температуры, приводит к переходу между двумя устойчивыми состояниями с различными атрибутами. Фазовые переходы первого рода характеризуются сосуществованием двух устойчивых фаз, когда управляющий параметр находится в определенном диапазоне, близком к критическому значению. Две фазы образуют смешанную фазу, в которой некоторые части завершили переход, а другие нет, как в стакане, в котором одновременно присутствуют лед и вода. Экспериментальные результаты дают представление о квантовомеханической основе этого эффекта в микроскопической, нульмерной системе.

Установка ученых состояла из микрочипа со сверхпроводящим СВЧ-резонатором, действующим как полость, и несколькими сверхпроводящими кубитами, действующими как атомы. Чип охлаждался до температуры очень близкой к абсолютному нулю - 0,01 Кельвина, - так что тепловые флуктуации не играли никакой роли. Чтобы создать поток фотонов, исследователи посылали непрерывный микроволновый тон на вход резонатора на кристалле. На выходе они усиливали и измеряли передаваемый СВЧ-поток. Для определенных входных мощностей они обнаруживали сигнал, переключающийся стохастически между нулевым прохождением и полным прохождением – произошло ожидаемое сосуществование обеих фаз. «Мы наблюдали это случайное переключение между непрозрачным и прозрачным состояниями в первый раз и в соответствии с теоретическими предсказаниями», - сказал ведущий автор статьи Йоханнес Финк из IST Austria.

Потенциальными будущими приложениями являются элементы памяти, а также процессоры для квантового моделирования. «Наш эксперимент занял ровно 1,6 миллисекунды для любой заданной входной мощности. Соответствующее численное моделирование заняло пару дней в Национальном кластере суперкомпьютеров, что дает представление о том, почему эти системы могут быть полезны для квантового моделирования», - объясняет Финк.

Впервые наблюдался квантовый фазовый переход

Это распределение вероятности, показывающее равную вероятность того, что полость будет прозрачной и непрозрачной в критической точке

Квантовые источники света встроили в кристалл

Ученые разработали настраиваемый, полностью электрический квантовый источник света для получения зацепленных фотонов "по требованию"

Опубликовав свои выводы в Applied Physics Letters в статье «Электрически управляемые и электрически настраиваемые квантовые источники света», группа физиков продемонстрировала, что два светодиода с квантовыми точками (КТ), находящиеся в непосредственной близости на чипе, могут функционировать как настраиваемый, полностью электрический квантовый источник света.

В своем эксперименте исследователи использовали свет, излучаемый электрически возбужденным светодиодом для возбуждения квантовых точек в соседнем диоде. Они смогли настроить длину волны излучения квантовой точки от соседнего управляемого диода посредством квантоворазмерного эффекта Штарка.

Идея здесь состоит в том, чтобы генерировать по запросу сцепленные пары фотонов для приложений квантовых вычислений через встроенную внутриплоскостную структуру возбуждения, которая может быть легко интегрирована с полупроводниковыми приборами и фотонными резонаторами.

В своей статье исследователи продемонстрировали способ создания электрически инициированного анти-сгруппированного света от электрически настраиваемого источника. Для этого на одной микросхеме были сконструированы 16 индивидуально настраиваемых диодных структур. Устройства состояли из плоских светодиодов с микрорезонаторами 180 × 210 мкм, содержащих слой квантовых точек InAs, встроенных в 10-нм GaAs-квантовую яму с барьерами Al0.75Ga0.25As.

Множественные распределенные брэгговские отражатели (DBR), выращенные выше и ниже слоя квантовых точек InAs и квантовой ямы, использовались для образования полуволнового резонатора, чтобы увеличить долю света КТ, излучаемого вертикально, действуя в то же время в качестве горизонтального волновода для оптического излучения из смачивающего слоя InAs (начального слоя атомов, эпитаксиально выращиваемого на поверхности, на которой происходит самосборка квантовых точек). Диодная структура, подходящая для электрического возбуждения, формировалась из верхнего и нижнего слоев DBR, легированных донорными (p-типа) и акцепторными (n-типа) примесями соответственно.

«Ключевая идея, - написали ученые, - заключается в использовании света, создаваемого одним светодиодом для возбуждения КТ в соседнем диоде». Один светодиод работает в прямом смещении, чье широкополосное излучение света из смачивающего слоя InAs направляется горизонтально отражателями Брэгга выше и ниже смачивающего слоя. Поскольку соседний светодиод облучается частью испускаемого света, часть этого света поглощается смачивающим слоем, генерируя экситоны, которые затем могут захватываться квантовыми точками в этом соседнем диоде, что приводит к квантовому излучению света. 
  Квантовые источники света встроили в кристалл

У устройств есть легированная донорными примесями область (красная), внутренняя область (прозрачная) и легированная акцепторными примесями область (синяя). Светодиод, сильно возбуждаемый при прямом смещении (слева), излучает свет (показан как синий луч), который возбуждает квантовые точки в соседнем устройстве (справа). Квантовые точки излучают анти-сгруппированный свет (зеленый)

Поскольку резонаторный режим планарного микрорезонатора совпадает с длиной волны излучения соседних КТ, это увеличивает долю излучения КТ, направленную вверх в собирающую оптику. Изменяя смещение на втором диоде, можно настроить длину волны путем смещения штарковских переходов, и интенсивностью излучения света от соседнего диода можно управлять, изменяя напряжение на первом диоде.

Исследователи также продемонстрировали, что они могут настраивать расщепление тонкой структуры экситона во втором диоде в зависимости от электрического поля на нем, что позволяет использовать такие устройства в качестве источников сцепленных пар фотонов.
     Квантовые источники света встроили в кристалл

Свет, излучаемый смачивающим слоем первого диода (1), поглощается смачивающим слоем соседнего диода, генерируя носители заряда в этом диоде (2). Эти носители заряда могут захватываться квантовыми точками, что приводит к квантовому излучению света. Излучение смачивающего слоя (слева) и излучение квантовой точки (справа) являются реальными данными, и показанное поглощение смачивающего слоя является дубликатом данных о излучении и включено исключительно для демонстрации принципа работы устройства

В дальнейшей работе исследователи надеются повысить эффективность устройства, придать большую направленность излучения от одного к следующему диоду, возможно, используя однонаправленную антенну или волновод между светодиодами для повышения эффективности перекрестного взаимодействия. В принципе, один управляющий светодиод может возбудить много настраиваемых светодиодов. В сочетании с быстрой электроникой и устройствами с низкой постоянной RC они могут излучать сцепленные фотоны «по требованию» путем изменения смещения на диоде 1 для модуляции «накачки» или путем изменения смещения на диоде 2 для модуляции длины волны.

Космическая пыль, сформировавшая наши планеты, приводит к гигантским звездам

Ученые определили происхождение ключевых частиц звездной пыли, присутствовавших в пылевом облаке, из которого сформировались планеты в нашей Солнечной системе.

Исследователи разгадали давнюю загадку относительно источника частиц, которые сформировались задолго до нашей Солнечной системы и могут быть восстановлены из метеоритов, которые падают на Землю.

Ученые утверждают, что звезды, породившие пыль, были идентифицированы из наблюдений, как ключевые реакции формируют состав частиц.

За время их жизни со звезд, примерно в шесть раз превышающих Солнце и называемых Асимптотической гигантской ветвью или звездами AGB, сдуваются их внешние слои, образуя межзвездное облако газовых и пылевых частиц.

Считается, что наша Солнечная система сформировалась из такого облака около 4,6 млрд. лет назад. Хотя большая часть частиц разрушилась в процессе создания новых горных пород и планет, небольшая часть сохранилась и присутствует в метеоритах.

Химический состав пылевидных частиц дает важные данные о ядерных процессах внутри звезд, которые привели к их образованию, говорит команда. До сих пор, однако, проследить происхождение частиц от звезд AGB было трудно доказать.

Хотя известно, что звезды AGB производят огромное количество пыли, состав частиц, полученных из метеоритов, по-видимому, не соответствовал ожидаемым от этих звезд, говорят исследователи.

Исследование решает эту загадку, выявляя влияние ядерных реакций, происходящих в звездах AGB, на состав некоторых метеоритных пылевидных частиц.

Группа физиков-ядерщиков установила, что реакции синтеза между протонами и формой кислорода, называемого 17O, который тяжелее, чем тот, чем мы дышим, встречаются в два раза чаще, чем считалось ранее.

Эффект этих ядерных реакций отчетливо наблюдается в некоторых частицах звездной пыли, обнаруженных в метеоритах, разрешая загадку их происхождения, говорит команда.

Это открытие было сделано международной группой исследователей, включающей ученых из Эдинбургского университета, в подземной лаборатории в Италии.

Лаборатория подземной ядерной астрофизики - или LUNA - расположена на глубине более 1 км под земной поверхностью. Учреждение организовано Лабораторией Гран Сассо Итальянского института ядерной физики.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy. В работе Сотрудничества LUNA участвуют около 40 ученых из 14 учреждений Италии, Германии, Венгрии и Великобритании.

Профессор Мария-Луиза Алиотта (Marialuisa Aliotta) из Школы физики и астрономии Эдинбургского университета, которая возглавлял британскую команду LUNA, сказала: «Очень приятно осознавать, что мы помогли решить давнюю загадку происхождения этих ключевых звездных частиц. Наше исследование еще раз доказывает важность точных измерений ядерных реакций, происходящих внутри звезд».

Д-р Мария Лугаро (Maria Lugaro) из обсерватории Конколи, Венгрия, которая руководила исследованием, сказала: «Многолетний вопрос о недостающей пыли заставлял нас чувствовать себя очень неудобно: он подрывал то, что мы знаем о происхождении и эволюции пыли в Галактике. Окончательная идентификация этой пыли благодаря возобновленному исследованию LUNA критической ядерной реакции принесла некоторое облегчение».

Космическая пыль, сформировавшая наши планеты, приводит к гигантским звездам

Ночное небо. Исследователи разгадали давнюю загадку относительно источника частиц, которые сформировались задолго до нашей Солнечной системы, и могут быть восстановлены их метеоритов, которые падают на Землю

Полевые транзисторы из германана перспективны для оптоэлектроники

Недавняя работа с экспериментальными устройствами, возможно, способствовала тому, что германан (germanane) от перспективного в теории становится многообещающим на практике. Исследования по двумерному гидрированному аналогу графена, синтезированному в первый раз всего несколько лет назад, оставались ограниченными. Однако высококачественный перенос заряда и наличие запрещенной зоны продолжали привлекать интерес. В настоящее время исследователи из Гронингенского университета в Нидерландах и Университета Янины в Греции сообщили о первом полевом транзисторе, изготовленном из этого материала, подчеркнув его перспективные электронные и оптоэлектронные свойства.

Мадхушанкар Беттадахалли Нандишаях (Madhushankar Bettadahalli Nandishaiah) и его команда изолировали германан, используя подход, аналогичный использованному для его первого сообщенного синтеза, посредством топохимической деинтеркаляции CaGe2. Результаты ряда измерений характеристик подтвердили, что образец действительно был германаном – гексагональной решеткой германия с водородом, ковалентно связанным с каждым атомом германия. Затем они отщепляли полученные чешуйки толщиной от 15 нм до 90 нм, помещали их на поверхность подложки Si/SiO2 толщиной 300 нм и использовали стандартную электронно-лучевую литографию на основе полиметилметакрилата для изготовления контактов Ti/Au с устройством.

Дальнейшие электронные исследования, сочетающие множественные терминальные настройки, чтобы отличать свойства устройства от контактов, подтвердили амбиполярные свойства транспорта с повышенной проводимостью при освещении на длине волны запрещенной зоны.

Полевые транзисторы из германана перспективны для оптоэлектроники

                             Германановый полевой транзистор

Транзисторы с двумя стабильными энергетическими состояниями

Инженеры из Университета штата Иллинойс в Урбане-Шампейне сообщают о модернизации транзисторного лазера – формирования двух устойчивых энергетических состояний и способности быстро переключаться между ними. Он может быть использован для повышения производительности компьютерных процессоров.

Современные компьютеры ограничены задержкой, вызванной обработкой данных на основе тока и переключателями на компьютерной микросхеме. Чтобы преодолеть это явление, инженеры хотели бы разработать компьютер, который передает данные, используя свет в дополнение к электричеству.

Наличие двух устойчивых энергетических состояний, или бистабильности, в транзисторе позволяет устройству формировать оптико-электрический переключатель. Такой переключатель будет работать как основной строительный блок для разработки оптической логики – языка, который необходим для связи в будущих компьютерных процессорах, сказал Милтон Фэн (Milton Feng), младший почетный председатель в области электротехники и вычислительной техники на кафедре Ника Холоньяка (Nick Holonyak), изобретателя первого полупроводникового светодиода видимого света.

«Встраивание транзистора с электрической и оптической бистабильностью в компьютерный чип значительно увеличит скорость обработки, - говорит Фэн, - потому что устройства смогут обмениваться данными без помех, которые возникают, когда они ограничиваются электронными транзисторами».

В последнем исследовании ученые описывают, как оптические и электрические бистабильные выходы строятся на одном транзисторе. Добавление оптического элемента создает петлю обратной связи, используя процесс, называемый туннелированием электронов, который управляет передачей света.

Фэн сказал, что очевидное решение проблемы узкого места, созданного передачей больших объемов данных, - замены электронной передачи данных полностью оптической – вряд ли произойдет.

«Вы не можете удалить электронику, потому что вам нужно подключиться к источнику питания и преобразовать это в свет», - сказал Фэн. - Это проблема полностью оптической системы».

Фэн и Холоньяк, в 2004 году обнаружили, что свет, который ранее считался побочным продуктом транзисторной электроники, может использоваться в качестве оптического сигнала. Это проложило путь для развития транзисторного лазера, который использует свет и электроны для передачи сигнала.

Изобретенный транзистор позволит разработать новые устройства и приложения, которые были невозможны при традиционной транзисторной технологии.

«Это одно устройство, которое обеспечивает бистабильность как электрических, так и оптических функций с помощью одного переключателя, - сказал Фэн. - Это совершенно новое, и мы напряженно работаем над поиском новых приложений для этого устройства».

Фэн и его команда продемонстрировали электрооптическую бистабильность при -50 градусов по Цельсию. Следующим шагом будет доказать, что устройство может работать при комнатной температуре. Фэн сказал, что недавно они достигли этого рубежа, и подробности будут опубликованы в предстоящем докладе.

«Любое электронное устройство практически бесполезно, если оно не может работать при комнатной температуре, - сказал Фэн. - Никто не хочет носить устройство в холодильнике, чтобы оно не становилось слишком горячим!»

Транзисторы с двумя стабильными энергетическими состояниями

Инженер Университета штата Иллинойс Милтон Фэн и его команда представили новую разработку транзисторных лазеров, которые могут повысить скорость работы процессора

Закон Мура сдерживает развитие вычислений?

Сэр Р.Стэнли Уильямс (R.Stanley Williams), старший научный сотрудник Hewlett Packard Labs, который сыграл ключевую роль в создании мемристора в НР в 2008 г., в статье, опубликованной в последнем номере журнала IEEE Computing in Science and Engineering, написал буквально следующее: «Конец закона Мура мог бы быть самым лучшим, что произошло бы в вычислениях, начиная со времени его установления. Конец этой эпохи мог бы дать начало новой эре инноваций, стимулируя компьютерных ученых черпать идеи из биологического мира, изобретать схемы и архитектуры на базе появляющихся технологий».

Закон Мура – это наблюдение, сделанное одним из основателей Intel Гордоном Муром (Gordon Moore) в 1965 году, которое помогло делать устройства все меньше и быстрее. Он предсказывает, что плотность транзисторов будет удваиваться каждые 18-24 месяца.

Каждый год компьютеры и мобильные устройства, которые значительно быстрее, могут быть куплены за ту же сумму, частично благодаря следованию закону Мура. Это наблюдение помогло повысить производительность устройств на предсказуемой основе, сохранив при этом затраты на их производство.

Но предсказания, привязанные к закону Мура, достигают своих пределов, поскольку становится труднее делать чипы на меньших геометриях. Это сложная задача, стоящая перед всеми производителями чипов, в том числе и перед Intel, которая меняет способ интерпретации закона Мура, пытаясь удержаться в его рамках.

Сэр Стэнли был последним, который присоединился к растущему числу ученых, предсказывающих смерть закона Мура. По его мнению, закон Мура служил бутылочным горлышком для инновации в компьютерном дизайне.

Так что же дальше? Сэр Стэнли предсказал, что будут компьютеры с последовательностью чипов и ускорителей, соединенными вместе, подобно ранним формам сверхбыстрых компьютеров. Вычислительная система также будет центрироваться на памяти со значительно более быстрыми шиной и передачей данных.

Идея компьютера с памятью в качестве центрального элемента играет на руку HPE, которая построила The Machine в соответствие с этой концепцией. Первоначальная версия The Machine имеет постоянную память, которая может использоваться и как DRAM, и как флэш-память для хранения данных, но конечном итоге может быть основана на мемристоре, интеллектуальной форме памяти и хранилища, которая может отслеживать шаблоны данных.

Вычисления, управляемые памятью, могут также разрушить нынешнее доминирование на компьютерном рынке, основанное на архитектуре и процессорах. В более долгосрочной перспективе нейроморфные чипы, работающие подобно мозгу, могут стимулировать развитие новых типов вычислений и управлять вычислительными процессами.

В HPE разрабатывается чип, имитирующий человеческий мозг, подобные чипы разрабатываются также IBM, Qualcomm и университетами в США и Европе.

«Хотя наше понимание того, как работает мозг, сегодня ограничено, мы знаем достаточно, чтобы спроектировать и построить схемы, которые могут ускорить определенные вычислительные задачи», - написал сэр Стэнли.

Такие приложения, как машинное обучение, подчеркивают потребность в новых типах чипов. IBM протестировала свой нейроморфный чип TrueNorth, и результаты тестов показали, что он более быстрый и энергоэффективный, чем обычные чипы глубокого обучения, такие как графические процессоры.

Сэр Стэнли предложил, чтобы ASIC и FPGA (программируемые пользователем вентильные матрицы) могли бы играть роль в управлении вычислительной техникой за пределами закона Мура. Эти технологии будут использовать сверхбыстрые межсоединения, такие как Gen Z, которое было представлено в прошлом году, и будут поддерживаться основными производителями микросхем и серверов, такими как Dell и HPE.

Квантовые компьютеры, находящиеся на этапе исследований и разработок, также рассматриваются как способ заменить сегодняшние ПК и серверы, но они все еще на несколько десятилетий отстают от повседневных приложений.

GLAD улучшает энергонезависимую память

Исследователи из Германии использовали технологию, называемую Glancing Angle Deposition (GLAD), для изготовления энергонезависимых запоминающих устройств, размер которых меньше 100 кв. нм.

При интеграции в соответствующие архитектуры эти устройства имеют плотность памяти более 1 ГБ/см2. Они могут использоваться в высокоплотных, быстродействующих и маломощных запоминающих устройствах будущего.

«Наноустройства, традиционно основанные на неорганических полупроводниках, обычно изготавливаются с помощью литографии, - объясняет член команды и ведущий автор этого исследования Джованни Лигорио (Giovanni Ligorio). - Здесь мы показали, что можно изготавливать устройства с нанометрическим основанием, используя другую технологию, GLAD, которая позволяет нам создавать устройства памяти с плотностью примерно 1 ГБ/см2, используя новые материалы, то есть органические полупроводники».

С постоянно растущим спросом на технологию логической памяти с более высокой плотностью, быстродействием и низким энергопотреблением исследователи изучают новые материалы и архитектуры. Хотя традиционная память, такая как DRAM, которая обычно используется в компьютерах, является очень быстрой, она потребляет много энергии при обновлении логических элементов. Она также дорогая в производстве. Флэш-память, которая, со своей стороны, часто используется в мобильных устройствах хранения, страдает низкой скоростью работы и малым сроком службы.

Одной из технологий, которая демонстрирует перспективы преодоления ограничений текущих ячеек памяти, является резистивная энергонезависимая память (R-NVM). R-NVM представляет собой простое двухконтактное устройство, образованное двумя электродами, разделенными изолирующим или полупроводниковым материалом.

В своей работе Лигорио и его коллеги сосредоточились на бистабильных устройствах, в которых сопротивление можно обратимо переключать между высоким и низким значениями. Каждое состояние можно прочитать без разрушения, и для его поддержания не требуется никакой мощности. Вот почему такая память называется энергонезависимой.

Слой между электродами в R-NVM может быть изготовлен из органических материалов (таких как небольшие молекулы или полимеры), а также из неорганических окислов металлов. Здесь во многих отношениях лучше использовать органические материалы – например, они могут быть обработаны при комнатной температуре или близкой к ней, могут быть реализованы на гибких подложках, а также напечатаны. Они дешевле в производстве, чем их неорганические аналоги. Однако чтобы сделать модули памяти высокой плотности, органические устройства R-NVM должны быть уменьшены в размерах.

Один из способов сделать такие устройства, не прибегая к громоздким методам литографии, это использовать GLAD, говорят исследователи. «Этот метод позволяет нам подгонять наноструктурированные морфологии посредством физического осаждения из паровой фазы, контролируя ориентацию подложки, на которой выращивается устройство, относительно направления источника пара, - объясняет Лигорио. - Когда мы наносим тонкие пленки материала на подложку под наклонным углом, поток пара не перпендикулярен к поверхности подложки, и создается наклонная наноструктура. Когда мы применяем правильное смещение между двумя электродами запоминающего устройства, мы можем образовать проводящий путь (или нить). Эта нить замыкает электроды и резко изменяет характеристики удельного сопротивления устройства. Таким образом, мы можем использовать приложенный ток для переключения устройства с его исходного состояния с высоким удельным сопротивлением в состояние с низким сопротивлением (состояния ON и OFF памяти)».

Под влиянием полученных результатов команда, возглавляемая Норбертом Кохом (Norbert Koch) , говорит, что сейчас она занята попыткой изготовить устройства в структурированных массивах, используя эту технику. «В настоящем исследовании наноустройства не упорядочивались в массив, а распределялись случайным образом. Упорядочение позволит нам подключить их к матрице электродов, которые мы синтезируем с использованием технологии печати», - говорит Лигорио.

GLAD улучшает энергонезависимую память
Простое двухконтактное устройство

Жидкий гелий – кандидат для квантовых вычислений

Ряд особенностей жидкого гелия делает его перспективным для будущих квантовых компьютеров.

Будущее квантовых вычислений - горячая тема не только для экспертов, но и для многих коммерческих и правительственных учреждений. Вместо того чтобы обрабатывать и хранить информацию как биты в транзисторах или памяти, которые ограничивают информацию бинарными «1» или «0», квантовые компьютеры используют квантовые системы, такие как атомы, ионы или электроны, в качестве «кубитов» для обработки и хранения «квантовой информации», которая может быть в бесконечном числе комбинаций «1 и 0». Крупные технологические корпорации, такие как Google, Microsoft, Intel и IBM, вкладывают значительные средства в смежные проекты, которые могут привести к реализации квантового компьютера и технологий. В то же время университеты и исследовательские институты во всем мире изучают новые квантовые системы, которые можно использовать для квантовых вычислений.

Отдел квантовой динамики в Институте науки и технологии Окинавы (OIST) недавно опубликовал новые данные об электронах, плавающих на поверхности жидкого гелия, квантовой системе, которая реально может стать новым кандидатом для квантовых вычислений.

Одной из распространенных проблем в исследованиях по квантовым вычислениям с использованием твердых тел является то, что очень трудно сделать совершенно одинаковые кубиты, потому что внутренние дефекты или примеси в используемых материалах случайным образом влияют на каждую индивидуальную производительность кубита. «Наша мотивация использования жидкой гелиевой системы состоит в том, что она по своей сути чиста и свободна от дефектов, что теоретически позволяет создавать совершенно одинаковые кубиты. Кроме того, мы можем перемещать электроны в этой жидкой гелиевой системе, что сложно или почти невозможно в других квантовых системах», - пояснил проф. Денис Константинов, руководитель отдела квантовой динамики. Поэтому считается, что внедрение этой системы для квантовых вычислений может поднять всю область на следующий уровень.

Использование электронов на поверхности жидкого гелия для квантовых вычислений требует выделения отдельных электронов на поверхности гелия и управления их квантовыми степенями свободы, как кинетическими, так и спиновыми. Это может также потребовать перемещения электронов в разные места, поэтому также важно понять физику взаимодействия между электронами и поверхностью гелия. Ранее было обнаружено, что электроны на гелии могут образовывать двумерный кристалл, и возникают некоторые уникальные явления, когда этот кристалл перемещается вдоль поверхности гелия, из-за взаимодействия между электронами и поверхностными волнами.

Ученые из OIST, однако, первыми узнали, как эти явления зависят от размера электронного кристалла. Чтобы проверить это, д-р Александр Бадрутдинов, д-р Александр Смородин и аспирант Цзюй-Инь Линь (Jui-Yin Lin), построили микроскопическое канальное устройство, содержащее электронную ловушку внутри, чтобы изолировать кристалл с относительно небольшим числом электронов. Этот кристалл затем перемещался по поверхности жидкого гелия путем изменения электростатического потенциала одного из электродов устройства. Это движение обнаруживалось путем измерения зеркальных зарядов, которые индуцируются движущимися электронами, протекающими через другой электрод с использованием коммерчески доступного усилителя тока и фиксирующего детектора. «Это исследование дало нам некоторое представление о физике взаимодействия между электронами и поверхностью гелия, а также расширило наши возможности в области микроинженерии, - заявил д-р Александр Бадрутдинов, бывший сотрудник отдела квантовой динамики и первый автор статьи. - Мы успешно адаптировали технологию для ограничения электронов в микроскопических устройствах в масштабе нескольких микрон. С этой технологией мы изучали движение микроскопических двумерных электронных кристаллов по поверхности жидкого гелия и не видели разницы между движением больших электронных кристаллов в масштабе от миллионов до миллиардов электронов и кристаллов, достигающими нескольких тысяч электронов, когда теоретически различия должны существовать».

Это исследование является первым шагом в OIST в перспективе использования этой системы для квантовых вычислений. По словам д-ра Константинова, «следующим шагом в этом исследовании является выделение еще меньшего электронного кристалла и, в конечном счете, одиночных электронов, и перемещение их в этой системе. В отличие от других систем эта потенциально может быть чистой, масштабируемой системой с мобильными кубитами». Теоретически, такой тип системы мог бы революционизировать область исследований в квантовых вычислениях.

Жидкий гелий – кандидат для квантовых вычислений

Изображения архитектуры электронных ловушек. Вверху: схематическое представление эксперимента. Ток поверхностных электронов, индуцированный переменным напряжением, приложенным к электроду под резервуаром 1, течет между резервуарами 1 и 4, как показано красной стрелкой. В середине: поперечное сечение центрального микроканала вокруг области затвора. Внизу: фотография микроканального устройства на медной ячейке с последующими крупными фотографиями центрального канала и окружающих его резервуаров

Первое экспериментальное доказательство 70-летней физической теории

Впервые продемонстрировано магнитное поведение специального класса двумерных материалов.

Первое экспериментальное доказательство теории, предложенной более 70 лет назад, провели проф. Парк Цзе-Гюн (Park Je-Geun), заместитель директора Центра коррелированных электронных систем из Института фундаментальных наук (IBS) в сотрудничестве с Чон Хьонсик (Cheong Hyeonsik) из Университета Соган и Парк Чэол-Хвань (Park Cheol-Hwan) из Сеульского национального университета.

В последнее время ученые по всему мира изучают свойства и применение очень тонких 2D-материалов, толщиной всего в один атом, подобных графену. Изучение свойств 2D-материалов по сравнению с их трехмерными аналогами вызывает много вопросов, требующих размышлений. Один из них касается магнитных фазовых переходов.

Некоторые материалы являются магнитными из-за поведения спинов их электронов. При экстремально низких температурах эти спины стремятся упорядочиться, уменьшая полную энергию электронов. Однако выше определенной температуры, которая изменяется от материала к материалу, спины теряют свою ориентацию и становятся ориентированными случайным образом. Подобно тому, как лед теряет свой внутренний порядок и становится жидким выше определенной температуры, трехмерные магниты также теряют свою намагниченность выше критической температуры. Это называется фазовым переходом и является повсеместным процессом в 3D-объектах.

Однако что происходит с 1D- и 2D-системами при низких температурах? Испытывают ли они фазовый переход? Другими словами, увидим ли мы переход от твердого тела к жидкому в цепочке молекул воды (1D) или в одноатомном слое воды (2D)?

Примерно столетие назад физик Вильгельм Ленц попросил своего ученика Эрнста Изинга решить эту проблему для одномерных систем. Изинг объяснил это в 1925 году и пришел к выводу, что одномерные материалы не имеют фазовых переходов. Затем Изинг попытался разобраться с тем же вопросом для конкретного типа 2D-материалов. Проблема оказалась намного сложнее. Решение пришло в 1943 году благодаря Ларсу Онзагеру, получившему Нобелевскую премию по химии в 1968 году. Действительно, Онзагер обнаружил, что материалы, которые следуют спиновой модели Изинга, имеют фазовый переход. Однако несмотря на огромное значение этой теории для дальнейшего развития всей физики фазовых переходов, она никогда не проверялась экспериментально с использованием реального магнитного материала. «Физика 2D-систем уникальна и увлекательна. Решение Онзагера изучается в каждом продвинутом курсе по статистической механике, где я узнал об этой проблеме. Однако когда я обнаружил намного позже, что она не была экспериментально проверена с использованием магнитного материала, я подумал, что это позор для таких экспериментаторов, как я, поэтому для меня было естественным искать реальный материал для его тестирования», - объяснил проф. Парк Цзе-Гюн.

Чтобы доказать модель Онзагера, исследовательская группа получила кристаллы железа тритиодиофосфата (FePS3) с помощью технологии, называемой химическим транспортом паров. Кристаллы состоят из слоев, связанных слабыми взаимодействиями, известных как взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Слои можно снимать с кристалла, используя скотч, таким же образом лента может отклеивать краску от стены. Ученые снимали слои до тех пор, пока не остался один слой FePS3 (2D). «Мы можем назвать эти материалы магнитными ван-дер-ваальсовыми материалами или магнитным графеном: они магнитные, и они имеют легко расщепляемые связи Ван-дер-Ваальса между слоями. Они очень редки и их физика еще не исследована», - говорит профессор.

Хотя существует несколько методов измерения магнитных свойств объемных трехмерных материалов, эти методы не имеют практического применения для измерения магнитных сигналов, поступающих из монослойных материалов. Поэтому команда использовала рамановскую спектроскопию, методику, обычно используемую для измерения вибраций внутри материала. Они использовали вибрации как косвенную меру магнетизма, - чем больше вибраций, тем меньше намагниченность.

Команда Парка и его коллеги впервые применили рамановскую спектроскопию на объемном 3D-материале FePS3 при различных температурах, а затем испытали двумерный монослой FePS3. «Тест с объемным образцом показал нам, что сигналы комбинационного рассеяния могут использоваться как своего рода отпечаток фазового перехода при температурах около 118 градусов Кельвина, или -155 градусов Цельсия. С этим подтверждением мы затем измерили образец монослоя и обнаружили ту же картину», - указывает проф. Парк. - Мы пришли к выводу, что 3D и 2D FePS3 имеют одну и ту же сигнатуру фазового перехода, видимого в спектре комбинационного рассеяния». Как в массивном образце, так и в монослое спины FePS3 упорядочены (антиферромагнитные) при очень низких температурах и становятся неупорядоченными (парамагнитными) выше 118 градусов Кельвина.

Первое экспериментальное доказательство 70-летней физической теории

Упрощенное представление магнитного фазового перехода в 2D-материале

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT