Трое бывших сотрудников НРЕ - Сиамак Назари (Siamak Nazari), Шон Этаати (Sean Etaati) и Крейг Нуньес (Craig Nunes) - во главе с Дэвидом Скоттом (David Scott), который ранее был генеральным директором 3PAR, создали Nebulon – облачно-определяемую (cloud-defined) компанию по хранению данных.

Головной офис компании находится в Лос-Альтосе в Кремниевой долине, а офисы - во Фримонте и на полуострове. Ранее говорилось, что в число первых сотрудников входят старшие руководители Google, DeepLearning.ai, Стэнфордского университета, Datrium и HPE-3PAR.

Перенос данных в облако может показаться очевидной альтернативой для многих организаций. Но реальность такова, что для многих ИТ-директоров их наиболее важные для бизнеса активы данных, которые часто представляют собой жемчужину корпоративной ИС, часто хранятся по разным причинам, включая безопасность, управление, стоимость и т. д., в инфраструктуре компании на собственной площадке. В то время как организации имеют множество вариантов хранения, в настоящее время на рынке нет ни одного решения, которое сочетало бы в себе первичную облачную управляемую альтернативу устаревшим трехуровневым архитектурам.

В то же время многие организации стремятся отойти от внешнего хранилища и трехуровневых архитектур и перейти к одноуровневым подходам на основе гипермасштабирования серверов в центрах обработки данных. Одноуровневые подходы оказались экономически эффективными и более простыми в использовании для определенного набора рабочих нагрузок. Все согласны с тем, что емкость на основе массива остается самой высокой в отрасли по стоимости, поскольку те же твердотельные накопители продаются в составе сервера за небольшую часть его стоимости. Но переход к одноуровневому подходу требует решения без использования программного обеспечения, типичного для подхода SDS / HCI.

Что же такое решение Nebulon? О технологии известно мало, за исключением того, что она сосредоточена на первичном хранилище в гибридном мире ИТ.

Калифорнийская компания сообщила, что разрабатывает замену в облачном хранилище для сетей Fibre Channel, гиперконвергентных систем и программно-определяемых хранилищ. Система использует обычные твердотельные накопители и обеспечивает управляемые в облаке безопасные автономные операции для локального хранилища, ориентированного на сервер.

Nebulon сообщает владельцам инфраструктуры, что его продукт представляет собой «серверный подход к хранению данных, который практически не требует вмешательства, что является частью стоимости массивов и сетей SAN, без ущерба для соглашений об уровне обслуживания».

Кроме того, говорится, что это компания «облачного хранилища», и это новый термин в этой области. По словам сотрудников компании, то, что они создали, очень разрушительно и отвечает вызову ИТ-директора, объединяя несколько важных изменений в ЦОД в одно прорывное предложение.

Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) исследуют новую комбинацию материалов, создающую основу для магнитных запоминающих устройств с произвольным доступом, которые основываются на спине и могут превзойти современные запоминающие устройства. Их прорыв описывает новую стратегию использования связанных со спином явлений в топологических материалах, которая может стимулировать несколько достижений в области спиновой электроники. Кроме того, это исследование дает дополнительное понимание основного механизма связанных со спином явлений.

Спинтроника - это современная технологическая область, в которой спин электронов играет основную роль в функционировании электронных устройств. Фактически, коллективные спиновые схемы являются причиной любопытных свойств магнитных материалов, которые широко используются в современной электронике. Исследователи во всем мире пытаются манипулировать связанными со спином свойствами в определенных материалах из-за множества приложений в устройствах, которые работают на этом явлении, особенно в энергонезависимой памяти. Эти магнитные энергонезависимые запоминающие устройства, называемые MRAM, могут превзойти современные полупроводниковые запоминающие устройства с точки зрения энергопотребления и скорости.

Команда исследователей из Tokyo Tech, возглавляемая проф. Фам Нам Хай (Pham Nam Hai) недавно опубликовал в журнале «Прикладная физика» исследование однонаправленного спин-холловского магнитосопротивления (USMR), связанного со спином явления, которое можно использовать для создания ячеек MRAM с чрезвычайно простой структурой. Спиновый эффект Холла приводит к накоплению электронов с определенным спином на боковых сторонах материала. Мотивация этого исследования заключалась в том, что спиновый эффект Холла, который особенно силен в материалах, известных как «топологические изоляторы», может привести к гигантскому USMR при комбинации топологического изолятора с ферромагнитным полупроводником.

В основном, когда электроны с одинаковым спином накапливаются на границе раздела между двумя материалами, благодаря спиновому эффекту Холла, спины можно инжектировать в ферромагнитный слой и переворачивать его намагниченность, что позволяет выполнять «операции записи в память». Это означает данные в устройствах хранения можно «переписать». В то же время сопротивление композитной структуры изменяется с направлением намагниченности благодаря эффекту USMR. Поскольку сопротивление может быть измерено с использованием внешней цепи, это позволяет выполнять «операции чтения из памяти», при которых данные могут считываться с использованием того же пути тока, что и операция записи. Однако в существующей комбинации материалов, в которой используются обычные тяжелые металлы для спинового эффекта Холла, изменения сопротивления, вызванные эффектом USMR, чрезвычайно низки - значительно ниже 1% - что препятствует разработке MRAM с использованием этого эффекта. Кроме того, механизм действия USMR, по-видимому, варьируется в зависимости от комбинации используемого материала, и не ясно, какой механизм можно использовать для повышения USMR до уровня более 1%.

Чтобы понять, как комбинации материалов могут влиять на эффект USMR, исследователи разработали композитную структуру, включающую слой арсенида галлия-марганца (GaMnAs, ферромагнитный полупроводник) и антимонида висмута (BiSb, топологический изолятор). Интересно, что с этой комбинацией им удалось получить гигантский коэффициент USMR 1,1%. В частности, результаты показали, что использование явлений, называемых «рассеянием магнонов» и «рассеянием спинов» в ферромагнитных полупроводниках, может привести к гигантскому соотношению USMR, что делает возможным использование этого явления в реальных приложениях. Доктор Хай уточняет: «Наше исследование является первым, которое демонстрирует, что можно получить коэффициент USMR, превышающий 1%. Это на несколько порядков выше, чем у тех, которые используют тяжелые металлы для USMR. Кроме того, наши результаты дают новую стратегия максимизации соотношения USMR для практических применений устройств».

Это исследование может сыграть ключевую роль в развитии спинтроники. Обычная структура MRAM требует около 30 ультратонких слоев, что очень сложно сделать. При использовании USMR для операции считывания, только два слоя необходимы для ячеек памяти. «Дальнейшее проектирование материалов может еще больше улучшить соотношение USMR, что важно для MRAM на основе USMR с чрезвычайно простой структурой и быстрым считыванием. Наша демонстрация отношения USMR более 1% является важным шагом к достижению этой цели», - заключил доктор Хай.

За последние несколько десятилетий машинное обучение произвело революцию во многих слоях общества: машины учатся водить автомобили, выявлять опухоли и играть в шахматы, часто превосходя своих человеческих коллег.

Теперь команда ученых из Университета Окинавы, Института Науки и Технологии (OIST), Университета Мюнхена и CNRS в Университете Бордо, показали, что машины могут также побеждать физиков-теоретиков на их собственном поле, решая сложные задачи, точно так же, как ученые, но значительно быстрее.

В исследовании, опубликованном в Physical Review B, машина научилась распознавать необычные магнитные фазы в модели пирохлора - встречающегося в природе минерала с тетраэдрической решетчатой структурой. Примечательно, что при использовании машины решение проблемы заняло всего несколько недель, тогда как ранее ученым OIST требовалось шесть лет.

Кристаллическая структура пирохлора содержит магнитные атомы, которые расположены в виде решетки четырехгранных фигур, соединенных в каждом углу

«Это похоже на действительно важный шаг, - сказал профессор Ник Шеннон (Nic Shannon), который возглавляет отдел теории квантовой материи (TQM) в OIST. - Компьютеры в настоящее время могут очень эффективно заниматься наукой и решать проблемы, которые давно расстраивают ученых».

Так же, как материя может существовать в разных фазах - твердых, жидких и газообразных - так же могут существовать магнитные вещества. Отдел TQM заинтересован в более необычных магнитных фазах, называемых «спиновые жидкости», которые могут найти применение в квантовых вычислениях. В спиновых жидкостях между спинами существуют конкурирующие или «расстроенные» взаимодействия, поэтому вместо упорядочения направления спинов непрерывно колеблются - подобно беспорядку, наблюдаемому в жидких фазах вещества.

Ранее отдел TQM намеревался установить, какие различные типы спиновой жидкости могут существовать в расстроенных пирохлорных магнитах. Они построили фазовую диаграмму, которая показала, как могут возникать разные фазы, когда спины взаимодействуют по-разному при изменении температуры, и их результаты были опубликованы в Physical Review X в 2017 году.

Фазовая диаграмма, полученная отделом TQM, показывает все различные магнитные фазы, которые существуют в простейшей модели на решетке пирохлора. Фаза III, VI и V - спиновые жидкости

Но объединение фазовой диаграммы и определение правил, регулирующих взаимодействия между спинами в каждой фазе, было трудным процессом.

С ростом успехов в машинном обучении отделу TQM стало интересно, могут ли машины решить такую сложную проблему.

Мюнхенские ученые предоставили машине четверть миллиона спиновых конфигураций, сгенерированных суперкомпьютерным моделированием OIST модели пирохлора. Без какой-либо информации о том, какие фазы присутствовали, машине удалось воспроизвести идентичную версию фазовой диаграммы.

Фазовая диаграмма, воспроизведенная машиной. Для сравнения, границы фаз, ранее определенные учеными без машины, были нарисованы сверху

Важно отметить, что когда ученые расшифровали «решающую функцию», которую машина построила для классификации различных типов спиновой жидкости, они обнаружили, что компьютер также независимо вычислял точные математические уравнения, которые иллюстрировали каждую фазу, причем весь процесс занимал недели.

«Мы в восторге от успеха машины, который может иметь огромное значение для теоретической физики», - добавил проф. Шеннон. - Следующим шагом будет создание для машины еще более сложной проблемы, которую людям еще не удалось решить, и выяснение, сможет ли машина работать лучше».

Химики и физики разработали, нанесли и использовали на поверхности молекулярные спиновые переключатели. Вновь разработанные молекулы обладают стабильными спиновыми состояниями и не теряют своей функциональности при адсорбции на поверхностях.

Спинтроника в отличие от обычной электроники, использует спин электронов для считывания, хранения, передачи и обработки данных. Потенциальными преимуществами являются энергонезависимость, повышенная скорость обработки данных, пониженное потребление электроэнергии и более высокая плотность интеграции по сравнению с обычными полупроводниковыми устройствами. Молекулярная спинтроника находится на пути к окончательному шагу по миниатюризации спинтроники, стремясь активно контролировать спиновые состояния отдельных молекул. Химики и физики из Кильского университета объединили усилия с коллегами из Франции и Швейцарии для разработки, нанесения и использования одномолекулярных спиновых переключателей на поверхностях. Вновь разработанные молекулы имеют стабильные спиновые состояния и не теряют своей функциональности при адсорбции на поверхностях.

Спиновые состояния новых соединений остаются стабильными не менее нескольких дней. «Это достигается с помощью конструктивного трюка, который напоминает основные электронные схемы в компьютерах, так называемые триггеры. Бистабильность или переключение между 0 и 1 реализуется путем зацикливания выходного сигнала обратно на вход», - говорит физик-экспериментатор д-р Мануэль Грубер (Manuel Gruber) из Кильского университета. Новые молекулы имеют три свойства, которые связаны друг с другом в такой петле обратной связи: их форма (планарная или плоская), близость двух субъединиц, называемых координацией (да или нет), и состояние спина (вверх или вниз). Таким образом, молекулы заблокированы или в том, или в ином состоянии. После сублимации и осаждения на серебряной поверхности переключатели самостоятельно собираются в строго упорядоченные массивы. Каждая молекула в таком массиве может быть адресована отдельно с помощью сканирующего туннельного микроскопа и переключаться между состояниями путем приложения положительного или отрицательного напряжения.

«Наш новый спиновый переключатель использует всего одну молекулу, в которую входят несколько компонентов, таких как транзисторы и резисторы в традиционной электронике. Это большой шаг к дальнейшей миниатюризации», - объясняют д-р Грубер и химик-органик проф. Райнер Хергес (Rainer Herges). Следующим шагом будет увеличение сложности составов для реализации более сложных операций.

Молекулы - это самые маленькие конструкции, которые могут быть спроектированы и построены с атомарной точностью и предсказуемыми свойствами. Их реакция на электрические или оптические раздражители и их специально разработанные химические и физические функции делают их уникальными кандидатами на разработку новых классов устройств, таких как управляемые поверхностные катализаторы или оптические устройства.

Новая молекула имеет три свойства. Только две комбинации этих свойств являются стабильными. Переключение между различными состояниями достигается применением крошечных туннельных токов

Новые эксперименты с магнитно-легированными топологическими изоляторами на BESSY II выявили возможные пути к передаче сигнала без потерь, которые включают в себя удивительный феномен самоорганизации. В будущем, возможно, удастся разработать материалы, которые обнаруживают это явление при комнатной температуре и могут быть использованы, например, в качестве блоков обработки в квантовом компьютере.

Новые эффекты в физике твердого тела часто впервые обнаруживаются при температурах, близких к абсолютному нулю. Дальнейшие исследования могут затем определить, можно ли и как эти явления вызвать при комнатной температуре. Таким образом, сверхпроводимость первоначально наблюдалась в ртути ниже 4 градусов Кельвин более 100 лет назад. Сегодня существует много высокотемпературных сверхпроводников, которые проводят электрический ток без резистивных потерь при температурах до 138ᵒ Кельвина или даже 200ᵒ Кельвина.

Квантованный аномальный эффект Холла (QAHE) впервые наблюдался в топологическом изоляторе с магнитной добавкой ниже 50 милликельвинов в 2013 году. Подобно сверхпроводимости, этот эффект обеспечивает перенос заряда без потерь в тонких краевых каналах образцов. Между тем, было достигнуто увеличение максимальной температуры, при которой эффект может наблюдаться примерно до 1 Кельвина.

Однако, исходя из теоретических соображений, QAHE должен происходить при гораздо более высоких температурах. Поэтому является загадкой, почему этого не происходит. Один критический параметр известен как разрыв магнитной энергии образца, но никто никогда не измерял его раньше. Чем больше этот зазор, тем более устойчивым должен быть эффект воздействия температуры.

Международная команда, возглавляемая физиком из HZB проф. Оливером Рэйдером (Oliver Rader) и проф. Гюнтером Спрингхольцем (Gunther Springholz) из Университета Линца, добилась прорыва. Посредством фотоэлектронной спектроскопии с синхротронным излучением BESSY II им впервые удалось измерить запрещенную зону в таком образце. Для этого использовалось оборудование под названием ARPES1cube для достижения экстремально низких температур, а также новые возможности российско-германской лаборатории по разрешению спинов на BESSY II. Удивительно, но запрещенная зона оказалась в пять раз больше, чем теоретически прогнозировалось.

Ученые также нашли простую причину этого результата: «Теперь мы знаем, что легирование марганцем происходит не беспорядочно. Напротив, оно вызывает расслоение материала, известное как суперструктура в материале - слои, очень похожие на слоеное тесто», - объясняет проф. Спрингхольц. - При добавлении нескольких процентов марганца создаются чередующиеся блоки из семи и пяти слоев. Это приводит к тому, что марганец преимущественно содержится в семислойных элементах и, таким образом, может генерировать энергетический разрыв гораздо более эффективно».

В ретроспективе проф. Рэйдер говорит, что фантазии исследователей в использовании примесей до настоящего времени не расширились. Они использовали трехвалентные элементы, такие как хром и ванадий, которые имеют магнитные характеристики, чтобы заменить висмут в теллуриде висмута (Bi2Te3), когда атомы легирующей примеси находятся в неупорядоченном состоянии. Причина этого казалась очень убедительной: трехвалентные магнитные элементы вносят три электрона в химические связи, а их химическая валентность приводит эти элементы к сайтам висмута. С марганцем ситуация иная. Поскольку марганец является двухвалентным, он не очень хорошо подходит для висмута. По-видимому, именно поэтому система радикально перестраивается и создает новый двойной слой атомов, в который может быть двухвалентно включен марганец. «Таким образом, создается самоорганизующаяся структура, в которой марганец может создавать большой разрыв в магнитной энергии», - объясняет проф. Рэйдер.

По словам проф. Спрингхольца, если эти явления самоорганизации будут использоваться особым образом, то могут возникнуть совершенно новые конфигурации магнитных топологических материалов. В принципе, зазор, который сейчас измерен, уже настолько велик, что он должен позволить построить QAHE при комнатной температуре из соответствующих компонентов. Тем не менее, другие параметры все еще должны быть улучшены. Подобный этому магнитный топологический изолятор в сочетании с обычным сверхпроводником также может позволить реализовать квантовый процессор (qubit) для квантового компьютера.

Новый подход к улавливанию света в искусственных фотонных материалах команды, возглавляемой Городским колледжем Нью-Йорка, может привести к значительному увеличению скорости передачи данных онлайн.

Исследование топологических фотонных метаматериалов под руководством физика из Городского колледжа Александра Б. Ханикаева показывает, что дальнодействующие взаимодействия в метаматериале изменяют общее поведение световых волн, заставляя их локализоваться в пространстве. Кроме того, исследование показывает, что, контролируя степень таких взаимодействий, можно переключаться между захваченным и распространенным (распространяющимся) характером оптических волн.

«Новый подход к улавливанию света позволяет создавать новые типы оптических резонаторов, которые могут оказать существенное влияние на устройства, используемые ежедневно, - сказал Ханикаев. - Они варьируются от антенн в смартфонах и маршрутизаторах Wi-Fi до оптических чипов в оптоэлектронике, используемых для передачи данных через Интернет с беспрецедентной скоростью».

Исследования продолжают расширять новый подход для улавливания видимого и инфракрасного света. Это еще больше расширит спектр возможных применений открытия.

Иллюстрация света, локализованного в пространстве внутри топологического кристалла, запутанного взаимодействием и топологией

Li-Fi, или связь в видимом свете, имеет значительные преимущества перед Wi-Fi, такие как скорость передачи данных и безопасность данных, которые она предлагает, потому что свет не проникает сквозь стены. Но широкое распространение ограничено прежде всего из-за помех между устройствами, использующими сети Li-Fi, и из-за плохой работы этой технологии на больших площадях.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из CEA-Leti разработали многоячеистую систему Li-Fi, являющейся, по их мнению, первым в мире интеллектуальных оркестратором помех, который автоматически обнаруживает помехи между зонами освещения в сетях и оптимизирует скорости передачи данных для каждого соседнего устройства. Система также управляет асимметрично и независимо помехами восходящей / нисходящей линии связи.

Li-Fi-мультячейка, которая будет демонстрироваться на выставке CES 2020, CEA-Leti, предлагает несколько преимуществ в дополнение к устранению помех и поддержке покрытия большой площади. К ним относятся бесперебойное подключение для пользователей, перемещающихся в сети, и справедливое распределение ресурсов между пользователями, испытывающими помехи, и теми, кто их не испытывает. Технология CEA-Leti способна обеспечить скорость передачи данных до 150 Мбит/с на расстоянии до трех метров с помощью светодиодов.

Поскольку компьютеры продолжают проникать почти во все аспекты современной жизни, их негативное влияние на окружающую среду возрастает. Согласно последним оценкам, электроэнергия, необходимая для питания современных компьютеров, ежегодно выделяет в атмосферу более 1 гигатонны выбросов углерода. Теперь исследователи из ACS Nano разработали новый производственный процесс, который позволяет создавать ультраэффективные атомные компьютеры, которые хранят больше данных и потребляют в 100 раз меньше энергии.

Ученые ранее манипулировали отдельными атомами, чтобы создать сверхплотные массивы памяти для компьютеров, которые хранят больше данных в гораздо меньшем объеме, чем обычные жесткие диски, и потребляют гораздо меньше энергии. В методике, известной как водородная литография, исследователи используют наконечник сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) для удаления отдельных атомов водорода, связанных с поверхностью кремния. Структура атомов кремния, связанных или не имеющих атома водорода, образует двоичный код, в котором хранятся данные. Однако при перезаписи данных возникает узкое место, поскольку наконечник СTM должен выбирать и наносить атомы водорода в точных местах. Рошан Ачал (Roshan Achal), Роберт Волков и их коллеги поставили цель разработать более эффективный метод переписывания массивов атомной памяти.

Исследователи подготовили кремниевые поверхности, покрытые атомами водорода. С помощью водородной литографии они удалили определенные атомы для записи данных. Ученые обнаружили, что, убирая атом водорода рядом с битом, который они хотели перезаписать, они могли создать реактивный сайт, притягивающий газообразный водород, который вводился в камеру. Связывание одной молекулы газообразного водорода (H2) с двумя соседними сайтами стирало сайты, так что можно было записать новый двоичный код. Использование газообразного водорода в качестве молекулярного ластика для перезаписи данных было намного быстрее и проще, чем ввод отдельных атомов водорода на наконечнике СТМ. Исследователи продемонстрировали способность метода переписывать небольшой 24-битный массив памяти. Исследователи утверждают, что новый метод позволяет в 1000 раз быстрее производить компьютеры атомного масштаба, делая их готовыми к реальному производству.

Кремниевые интегральные схемы, которые используются в компьютерных процессорах, приближаются к максимально допустимой плотности транзисторов на одном кристалле - по крайней мере, в двумерных массивах.

Теперь команда инженеров из Мичиганского университета уложила второй слой транзисторов прямо на современный кремниевый чип.
Они предполагают, что их дизайн может устранить необходимость во втором чипе, преобразующем сигналы высокого и низкого напряжения, который в настоящее время находится между чипами обработки низкого напряжения и пользовательскими интерфейсами высокого напряжения.

«Наш подход может обеспечить лучшую производительность в меньшем, более легком корпусе», - сказала Бекки Петерсон (Becky Peterson), доцент кафедры электротехники и информационных технологий и руководитель проекта.

Поскольку кремниевые транзисторы уменьшились в размере, чтобы стать более доступными и энергоэффективными, напряжения, при которых они работают, также упали.

Более высокие напряжения могут повредить все более мелкие транзисторы. Из-за этого современные чипы обработки не совместимы с компонентами пользовательского интерфейса высокого напряжения, такими как сенсорные панели и драйверы дисплея. Они должны работать при более высоких напряжениях, чтобы избежать таких эффектов, как ложные сигналы касания или слишком низкие настройки яркости.

«Чтобы решить эту проблему, мы интегрируем различные типы устройств с кремниевыми цепями в 3D, и эти устройства позволяют делать то, чего не могут кремниевые транзисторы», - сказала Петерсон.

Поскольку второй слой транзисторов может выдерживать более высокие напряжения, они, по сути, предоставляют каждому кремниевому транзистору свой собственный интерпретатор для общения с внешним миром. Это позволяет обойти текущий компромисс между использованием современных процессоров с дополнительным чипом для преобразования сигналов между процессором и интерфейсными устройствами или использованием процессора более низкого класса, который работает при более высоком напряжении.

«Это позволяет получить более компактный чип с большей функциональностью, чем та, что возможна только с кремнием», - сказал Янба Сон (Youngbae Son), первый автор.

Команда Петерсон справилась с этим, используя другой вид полупроводника, известный как аморфный оксид металла. Чтобы нанести этот полупроводниковый слой на кремниевый чип, не повредив его, они покрыли чип раствором, содержащим цинк и олово, и вращали его, чтобы создать равномерное покрытие.

Затем они запекли чип, чтобы высушить его. Они повторили этот процесс, чтобы сделать слой оксида цинка-олова толщиной около 75 нм - около одной тысячной толщины человеческого волоса. Во время окончательной выпечки металлы связываются с кислородом воздуха, создавая слой оксида цинка и олова.

Команда использовала пленку оксида цинка и олова для изготовления тонкопленочных транзисторов. Эти транзисторы могут выдерживать более высокие напряжения, чем кремний под ним. Затем команда проверила нижний кремниевый чип и удостоверилась, что он все еще работает.

Чтобы сделать полезные схемы с кремниевым чипом, транзисторы оксида цинк-олово должны быть полностью связаны с нижележащими кремниевыми транзисторами. Команда достигла этого, добавив еще два элемента схемы с использованием оксида цинка-олова: вертикальный тонкопленочный диод и транзистор Шоттки.

Два типа транзисторов оксида цинк-олово соединены вместе, чтобы создать инвертор, преобразующий низкое напряжение, используемое кремниевым чипом, в более высокое напряжение, требующееся другим компонентам. Диоды были использованы для преобразования беспроводных сигналов в полезную мощность постоянного тока для кремниевых транзисторов.

Эти демонстрации прокладывают путь к кремниевым интегральным схемам, которые выходят за рамки закона Мура, принося аналоговые и цифровые преимущества оксидной электроники для отдельных кремниевых транзисторов.

Новый подход может послужить основой для разработки платформ для квантовых материалов для будущей электроники, а также более быстрых устройств с большими возможностями хранения.

Исследователи Northwestern Engineering разработали новую стратегию проектирования для выявления новых материалов, демонстрирующих переход металл-изолятор (MIT), редкий класс материалов, классифицированных по их способности обратимо переключаться между электропроводящим и изоляционным состояниями.

Новый метод может ускорить будущее проектирование и поставку более быстрой микроэлектроники с более широкими возможностями хранения, а также платформ квантовых материалов для будущей электроники.

«Наш подход использует анионное замещение в атомном масштабе и понимание ключевых свойств MIT для идентификации потенциальных гетероанионных материалов MIT, которые до сих пор широко не рассматривались, - сказал Джеймс Рондинелли (James Rondinelli), доцент кафедры материаловедения и инженерии и профессор по материалам и производству в Инженерной школе Маккормика, который возглавлял команду. - Мы надеемся, что, сформулировав эти электронные отношения структура-свойство, в будущем могут быть созданы новые переходы в квантовых материалах».

Используя квантово-механическое компьютерное моделирование в высокопроизводительном вычислительном кластере Northwestern Quest, Рондинелли и исследователи разработали пикомасштабную кристаллическую структуру нового материала, называемого оксинитрид молибдена (MoON), для проведения фазового перехода. Исследователи обнаружили, что MIT сформировался при температуре около 600 градусов по Цельсию, показывая свой потенциал для применения в высокотемпературных датчиках и силовой электронике.

Группа отметила, что несколько параметров проектирования повлияли на фазовый переход MoON. Включение в материал нескольких анионов - в данном случае отрицательно заряженных ионов кислорода и азота - активировало фазовый переход из-за специфических конфигураций электронов, связанных с пространственной ориентацией электронных орбиталей, что подтверждает предыдущие результаты в других материалах двойного MIT. Кроме того, гибкая кристаллическая структура рутила MoON обеспечила обратимость между электропроводящим и изолирующим состояниями.

Полученные данные дают представление о том, как тонкие изменения в наномасштабе можно использовать для управления макроскопическим поведением - например, проводимости - в материалах.

«За последнее десятилетие была проделана значительная работа по изучению материалов MIT и открытию новых. Однако в настоящее время известно менее 70 уникальных соединений, которые демонстрируют этот термический переход, - сказал Рондинелли. - Мы внедрили в наш дизайн ключевые особенности материалов MIT, в том числе особые структурные особенности пикомасштаба, а также критическую электронную конфигурацию d1. Наш проект позволяет нам и другим людям использовать концепции проектирования из основных принципов для расширения фазового пространства MIT. пространство и эффективно разрабатывать новые материалы MIT».

Ученые надеются, что, сформулировав эти электронные отношения структура-свойство, в будущем могут быть созданы новые переходы в квантовых материалах. Эти соединения полезны в качестве активного слоя для транзисторов или в приложениях памяти.

«Материалы MIT представляют собой класс фазовых переходов, которые могут обеспечить прогресс в обработке и хранении информации по сравнению с традиционным комплементарным масштабированием КМОП в микроэлектронике, - сказал Рондинелли. - Это означает более быстрые устройства с более широкими возможностями хранения. Кроме того, материалы MIT могут обеспечить микроэлектронные системы с низким энергопотреблением, а это означает, что вам придется заряжать устройство реже, так как оно работает дольше, поскольку компоненты требуют меньше энергии».