Быстродействие процессоров в наши дни растет гигантскими темпами, однако, если
задуматься, радикальных изменений в принципах их работы не происходит совершенно
-- данные принципы остаются теми же, что использовались в первом транзисторе (появившемся
более полувека назад), и хорошо всем известны со школы: "подаем напряжение
на затвор -- транзистор отпирается, убираем -- запирается".
Эксплуатируемым физическим свойством, если можно так выразиться, в этом случае
является электрический заряд. Но не так давно в науке возникло направление, в
рамках которого ученые хотят задействовать при создании микроэлектронных компонентов
еще одно свойство электрона -- его собственный магнитный момент, или спин. Соответственно,
направление это получило название "спинтроника" (более подробно о нем
можно прочитать в "Компьютерном Обозрении",
#
39, 2002).
Какие преимущества способен дать подобный подход? По словам специалистов, применение магнитного поля для управления токами в микросхемах на основе их воздействия на спин электронов позволит добиться значительного уменьшения энергопотребления, что, пожалуй, является уже неким стандартом для передовых микроэлектронных технологий. В самом деле, "включение" магнитного поля, по идее, должно требовать меньше энергии, чем подача напряжения (ну а как раздельно управлять токами в соседних каналах -- это уже другой вопрос). Кроме того, не стоит забывать, что направление магнитного момента при определенных условиях сохраняется и после устранения внешнего воздействия, т. е. спинтроника, в принципе, позволит выпускать процессоры со встроенной энергонезависимой памятью на основе ферромагнетиков. Как следствие, вычислительные системы, созданные на таких чипах, смогут загружаться практически мгновенно, поскольку ОС будет записана во внутренней, и к тому же высокоскоростной, памяти процессора.
Как отмечают ученые, для получения "спинтронных полупроводников" нужны
материалы, отвечающие двум основным требованиям. Во-первых, их температура Кюри
(ниже которой сохраняются магнитные свойства) должна равняться как минимум 50
°C, во-вторых, они должны быть "совместимы" с традиционными процессами
изготовления микроэлектронных компонентов.
"Разработки в области спинтроники полезны лишь в том случае, когда они сочетаются с кремниевой технологией, -- считает Стив Пиртон (Steve Pearton), профессор кафедры материаловедения Университета Флориды. -- Intel создала выдающиеся процессоры, и вряд ли эта компания собирается переходить на экзотические материалы -- им нужно что-то аналогичное тому, что они уже используют".
До настоящего времени наиболее популярными спинтронными материалами считались соединения на основе галлия -- (GaMn)As и (GaMn)N, у которых температура Кюри сопоставима с комнатной. Однако на сегодняшний день они могут быть получены только в виде тонких пленок, содержат большое количество дефектов и главное -- их не удалось "скрестить" с кремнием, по крайней мере пока.
Международная группа ученых, координируемая Джоном Дитуза (John F. DiTusa) из Университета Луизианы, по всей видимости, решила подойти к проблеме с другой стороны и сперва найти подходящий кремнийсодержащий магнитный полупроводник.
Таким материалом оказался силицид железа с примесями кобальта -- FeCoSi, обладающий
необходимой кристаллической структурой. Правда, ферромагнитные свойства у него
сохраняются только до 53 К (приблизительно --220 °С). Тем не менее специалисты
рассчитывают, что в будущем, применяя уже имеющиеся результаты, они сумеют получить
вещества с более высокой температурой Кюри, которые и станут основой спинтронных
интегрированных схем на базе кремния. А их появления, по мнению Дитуза, можно
ожидать в течение предстоящих 10 лет.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365