Новое исследование профессора Фэн Ли (Feng Li), заведующего кафедрой управления информацией Городской бизнес-школы, выявило три новых подхода, которые новаторы в области цифровых технологий могут использовать, чтобы снизить риск неудач и получить конкурентное преимущество в отрасли.

В связи с пандемией коронавируса, вынуждающей многие организации работать удаленно, внедрение новейших безопасных технологий приобрело существенное значение для многих отраслей, предоставляя большие возможности для поставщиков этих технологий, но также и большие проблемы удовлетворения спроса, опережения конкурентов и выживания в быстро меняющейся среде.

Профессор Ли взял интервью у высших руководителей восьми мировых цифровых лидеров, включая Amazon, VMware, Slack, Alibaba и Baidu, чтобы узнать, каковы их стратегии инноваций.

Полученные результаты можно свести к трем основным появляющимся подходам:

• Инновации путем экспериментов: непрерывный процесс разработки идей в небольшом масштабе без больших первоначальных инвестиций, а затем использование и быстрое расширение тех, которые оказались успешными.

• Радикальная трансформация за счет поэтапных подходов: разделение крупномасштабных проектов на стратегические инвестиции с возможностью измерения на каждом этапе позволяет компаниям радикально внедрять инновации сразу в несколько проектов небольшими шагами. Этот метод также снижает риск провала одного крупного проекта и позволяет компаниям судить, какие проекты принесут наибольшую прибыль или наибольшее влияние на инвестиции.

• Динамические устойчивые преимущества за счет портфеля временных преимуществ: из-за стремительного характера цифровой экономики конкурентные преимущества часто недолговечны. Реализация стратегии последовательных и возрастающих временных преимуществ может принести значительные долгосрочные выгоды.

Во всех трех стратегиях используются элементы диверсификации и управления портфелем для снижения затрат, связанных с неудачей, как это часто наблюдается в портфелях инвесторов.

Профессор Ли сказал, что природа цифровых инноваций предполагает очень динамичный подход.

«Цифровые технологии - это очень изменчивый, быстро развивающийся сектор, - сказал он. - Для компаний в этой области важно осознавать, что конкурентные преимущества недолговечны и что для инноваций не существует« конечной точки. Выбрасывать весь свой вес на один проект в качестве непрерывного действия очень рискованно и приносит мало долгосрочной выгоды, даже в случае успеха. Устойчивого развития можно добиться только путем постоянного изобретения колеса и поиска новых инвестиционных возможностей».

Пандемия коронавируса бросила вызов и открыла двери возможностей традиционно нецифровым организациям для внедрения инновационных методов банковского дела, образования и даже занятий физкультурой в гостиной.

Это оказывает дополнительное давление на представителей отрасли, заставляя их оставаться впереди новых разрушителей, делая дополнительный акцент на способность быстро и эффективно менять направление при переходе между инновациями.

Мобильные телефоны и другие электронные устройства, изготовленные из тонкого, гибкого и более мощного органического материала, теперь стали на шаг ближе благодаря новому исследованию, проведенному учеными из Австралийского университета (ANU).

Ведущие исследователи д-р Анкар Шарма (Ankur Sharma) и доцент Ларри Лу (Larry Lu) говорят, что это поможет создать следующее поколение электронных чипов, которые обещают быть намного быстрее, чем современные электронные чипы, которые мы используем.

«Обычные устройства работают на электричестве, но этот материал позволяет нам использовать фотоны, которые перемещаются намного быстрее, - сказал д-р Шарма. - Интересные свойства, которые мы наблюдали в этом материале, делают его претендентом на сверхбыстрые электронные процессоры и микросхемы. Теперь у нас есть идеальный строительный блок для создания гибкой электроники следующего поколения».

Доцент Лу сказал, что они наблюдали интересные функции и возможности своего органического материала, ранее не наблюдаемые: «Возможности, которые мы наблюдали в этом материале, могут помочь нам в создании сверхбыстрых электронных устройств».

Команде удалось контролировать рост нового органического полупроводникового материала, располагая одну молекулу точно над другой.

Толщина этого материала составляет всего один атом углерода, что в сто раз тоньше человеческого волоса. Это дает ему возможность сгибаться в любую форму и использоваться в гибких электронных устройствах.

В 2018 году та же команда разработала материал, в котором сочетаются как органические, так и неорганические элементы. Теперь они смогли улучшить органическую часть материала, что позволило им полностью удалить неорганический компонент.

«Он сделан только из углерода и водорода, что означает, что устройства могут быть биоразлагающимися или легко перерабатываемыми, что позволяет избежать тонн электронных отходов, производимых электронными устройствами текущего поколения», - сказал д-р Шарма.

Хотя до реальных устройств еще может быть далеко, это новое исследование является важным следующим шагом и ключевой демонстрацией огромных возможностей этого нового материала, отметил он.

Доц. Ларри Лу и д-р Анкар Шарма

В то время как оптимизация традиционной микроэлектроники постепенно приближается к своим физическим пределам, природа предлагает нам схему того, как можно эффективно обрабатывать и хранить информацию: наш собственный мозг. Ученые успешно имитировали функционирование нейронов с помощью полупроводниковых материалов.

В частности, деятельность в области ИИ, такая как обучение роботов ходьбе или точное автоматическое распознавание изображений, требует все более мощных, но в то же время более экономичных компьютерных чипов. В то время как оптимизация традиционной микроэлектроники постепенно приближается к своим физическим пределам, природа предлагает нам схему того, как можно быстро и эффективно обрабатывать и хранить информацию: наш собственный мозг. Впервые ученые из Технического университета Дрездена и Центра им. Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) успешно имитировали функционирование нейронов головного мозга с использованием полупроводниковых материалов. Они опубликовали результаты своих исследований в журнале Nature Electronics.

Сегодня повышение производительности микроэлектроники обычно достигается за счет уменьшения размера компонентов, особенно отдельных транзисторов на кремниевых компьютерных микросхемах. «Но так не может продолжаться бесконечно - нужны новые подходы», - утверждает Лариса Барабан. Физик, работающий в HZDR с начала года, является одним из трех основных авторов международного исследования, в котором участвовали в общей сложности шесть институтов. Один из подходов основан на мозге, сочетающем обработку данных с хранением данных в искусственном нейроне.

«Наша группа имеет большой опыт работы с биологическими и химическими электронными датчиками, - продолжает Барабан. - Итак, мы смоделировали свойства нейронов, используя принципы биосенсоров, и модифицировали классический полевой транзистор, чтобы создать искусственный нейротранзистор». Преимущество такой архитектуры заключается в одновременном хранении и обработке информации в одном компоненте. В традиционной транзисторной технологии они разделены, что увеличивает время обработки и, следовательно, в конечном итоге также ограничивает производительность.

Моделирование компьютеров на основе человеческого мозга - идея не новая. Ученые предпринимали попытки подключить нервные клетки к электронике в чашках Петри несколько десятилетий назад. «Но влажный компьютерный чип, который нужно постоянно питать, никому не нужен», - говорит профессор материаловедения и нанотехнологий Джанурелио Куниберти (Gianaurelio Cuniberti) из Дрезденского технического университета.

Теперь Куниберти, Барабан и их команда смогли реализовать это: «Мы наносим вязкое вещество, называемое зольгелем, на обычную кремниевую пластину со схемами. Этот полимер затвердевает и становится пористой керамикой, - объясняет профессор Куниберти. - Ионы движутся между дырками. Они тяжелее электронов и медленнее возвращаются в свое положение после возбуждения. Эта задержка, называемая гистерезисом, и вызывает эффект накопления». Как объясняет Куниберти, это решающий фактор в работе транзистора: «Чем сильнее возбужден отдельный транзистор, тем скорее он откроется и пропустит ток. Это укрепит соединение. Система учится».

Однако Куниберти и его команда не сосредоточены на обычных проблемах. «Компьютеры, основанные на нашем чипе, будут менее точными и будут склонны оценивать математические вычисления, а не вычислять их с точностью до последнего десятичного знака, - объясняет ученый. - Но они были бы более умными. Например, робот с такими процессорами научился бы ходить или хватать; он обладал бы оптической системой и научился бы распознавать соединения. И все это без необходимости разработки какого-либо программного обеспечения». Но это не единственные преимущества нейроморфных компьютеров. Благодаря своей пластичности, подобной пластичности человеческого мозга, они могут адаптироваться к изменяющимся задачам во время работы и, таким образом, решать задачи, для которых они не были изначально запрограммированы.

Нейротранзисторы: от кремниевых чипов до нейроморфной архитектуры

Международная исследовательская группа с участием экспертов Университета Ньюкасла разработала установку связи в видимом свете (VLC), способную обеспечивать скорость передачи данных 2,2 Мбит/с, используя новый тип органических светодиодов (OLED).Чтобы достичь этой скорости, ученые создали новые OLED-дисплеи дальнего красного/ближнего инфракрасного диапазона. А за счет расширения спектрального диапазона до 700–1000 нм они успешно расширили полосу пропускания и достигли самой высокой скорости передачи данных на основе решений OLED.

Описанные в журнале Light Science & Applications, новые OLED-светодиоды создают возможности для нового подключения к Интернету вещей, а также технологии носимых и имплантируемых биосенсоров.

Проект является результатом сотрудничества Университета Ньюкасла, Университетского колледжа Лондона, Лондонского центра нанотехнологий, Института органической химии - Польской академии наук (Варшава) и Института исследования наноструктурированных материалов - Национального исследовательского совета (CNR-ISMN, Болонья, Италия).

Доктор Пол Хей (Paul Haigh), преподаватель коммуникаций в группе интеллектуального считывания и коммуникации Университета Ньюкасла, входил в исследовательскую группу и руководил разработкой передачи сигналов в реальном времени на максимально возможной скорости. Он добился этого, используя собственные формы модуляции сигналов, достигающие примерно 2,2 Мбит/с.

Доктор Хей сказал: «Наша команда впервые разработала высокоэффективные длинноволновые (дальние красные/ближние инфракрасные) полимерные светодиоды, не содержащие тяжелых металлов, что является давней исследовательской проблемой в сообществе органической оптоэлектроники. Достижение таких высоких скоростей передачи данных открывает возможности для интеграции портативных, носимых или имплантируемых органических биосенсоров в каналы связи в видимом/почти (не) видимом свете».

Потребность в более высоких скоростях передачи данных определяет популярность светоизлучающих устройств в системах VLC. Светодиоды имеют множество применений и используются в системах освещения, мобильных телефонах и телевизионных дисплеях. Хотя OLED не обладают такой же скоростью, как неорганические светодиоды и лазерные диоды, они дешевле в производстве, пригодны для вторичной переработки и более экологичны.

Скорость передачи данных, которую команда достигла с помощью новаторского устройства, достаточно высока для поддержки внутренней связи точка-точка для приложений IoT.

Исследователи подчеркивают возможность достижения таких скоростей передачи данных без сложных в вычислительном отношении и требовательных к мощности эквалайзеров. Наряду с отсутствием токсичных тяжелых металлов в активном слое OLED, новая установка VLC является многообещающей для интеграции портативных, носимых или имплантируемых органических биосенсоров.

Достижение таких высоких скоростей передачи данных открывает возможности для интеграции портативных, носимых или имплантируемых органических биосенсоров в каналы связи в видимом / почти (не) видимом свете.

Д-р Пол Хей

Для создания более компактных электронных устройств используются новые материалы, особенно 2D-материалы, которые состоят только из одного атомного слоя. Однако это только половина дела: каждое электронное устройство состоит из нескольких материалов. Таким образом, сверхтонкие полупроводники должны быть соединены с ультратонкими изоляторами. Ученые нашли, как это сделать.

Все меньше и компактнее - это направление, в котором развиваются компьютерные чипы, движимые промышленностью. Вот почему на так называемые 2D-материалы возлагают большие надежды: они настолько тонкие, насколько это возможно, в предельных случаях они состоят только из одного единственного слоя атомов. Это позволяет производить новые электронные компоненты с миниатюрными размерами, высокой скоростью и оптимальной эффективностью.

Однако есть одна проблема: электронные компоненты всегда состоят из более чем одного материала. 2D-материалы могут быть эффективно использованы только в том случае, если их можно комбинировать с подходящими системами материалов, такими как специальные изолирующие кристаллы. Если это не учитывать, то преимущество, которое должны предлагать 2D-материалы, аннулируется. Команда электротехнического факультета Венского технического университета (TU Wien) теперь представляет эти результаты в журнале Nature Communications.

«Сегодня в полупроводниковой промышленности используются кремний и оксид кремния, - говорит профессор Тибор Грассер (Tibor Grasser) из Института микроэлектроники в Венском техническом университете. - Это материалы с очень хорошими электронными свойствами. В течение долгого времени все более тонкие слои этих материалов использовались для миниатюризации электронных компонентов. Долгое время это работало хорошо, но в какой-то момент мы достигли естественного предела».

Когда слой кремния имеет толщину всего несколько нанометров, так что он состоит только из нескольких атомных слоев, электронные свойства материала очень сильно ухудшаются. «Поверхность материала ведет себя не так, как основная масса материала - и если весь объект практически состоит только из поверхностей и больше не имеет объема, он может иметь совершенно другие свойства».

Следовательно, для создания ультратонких электронных компонентов необходимо перейти на другие материалы. И здесь вступают в игру так называемые 2D-материалы: они сочетают в себе отличные электронные свойства с минимальной толщиной.

«Однако оказывается, что эти 2D-материалы - только первая половина истории», - говорит Тибор Грассер. - Материалы должны быть размещены на соответствующей подложке, и поверх нее также необходим слой изолятора - и этот изолятор также должен быть чрезвычайно тонким и очень хорошего качества, иначе вы ничего не выиграете от 2D-материалов».

Поэтому команда TU Wien, созданная Тибором Грассером и Юрием Илларионовым, проанализировала, как решить эту проблему. «Диоксид кремния, который обычно используется в промышленности в качестве изолятора, в этом случае не подходит, - говорит Тибор Грассер. - У него очень неупорядоченная поверхность и много свободных ненасыщенных связей, которые ухудшают электронные свойства 2D-материала».

Лучше искать хорошо упорядоченную структуру. Команда уже достигла отличных результатов с особыми кристаллами, содержащими атомы фтора. Прототип транзистора с изолятором из фторида кальция уже предоставил убедительные данные, а анализ других материалов все еще продолжается.

«В настоящее время открывают новые 2D-материалы. Это хорошо, но нашими результатами мы хотим показать, что одного этого недостаточно, - говорит Тибор Грассер. - Эти новые электропроводящие 2D-материалы также необходимо комбинировать с новыми типами изоляторов. Только тогда мы сможем действительно преуспеть в производстве нового поколения эффективных и мощных электронных компонентов в миниатюрном формате».

Фторид кальция - это кристаллический изолятор с четко определенной поверхностью. Поэтому он идеально подходит для изготовления сверхмалых транзисторов

Группа исследователей разрабатывает галогенидный перовскит для запоминающего устройства нового поколения. Коммерциализация устройств хранения данных следующего поколения ускоряется за счет низкого рабочего напряжения и высокопроизводительной резистивной переключаемой памяти.

Netflix, предоставляющий услуги потокового онлайн-вещания по всему миру, насчитывает 42 миллиона видео и около 160 миллионов подписчиков. Загрузка 30-минутного видеоклипа занимает всего несколько секунд, а посмотреть шоу можно в течение 15 минут после его выхода в эфир. Поскольку распространение и передача высококачественного контента быстро растут, критически важно разработать надежную и стабильную полупроводниковую память.

С этой целью исследовательская группа POSTECH разработала запоминающее устройство с использованием материала с двухмерной слоистой структурой, открывая возможность коммерциализации запоминающего устройства следующего поколения, которое может стабильно работать при малой мощности.

Исследовательская группа POSTECH, состоящая из профессора Джан-Сик Ли (Jang-Sik Lee) из отдела материаловедения и инженерии, профессора Донхва Ли (Donghwa Lee) из отдела передового материаловедения, Парк Ёнджунь, и Сон Хунь Кима из докторантуры, смогла разработать оптимальный галогенидный перовскитовый материал (CsPb2Br5), который можно применить к устройству ReRAM, применив расчет, основанный на квантовой механике. Результаты были опубликованы в Advanced Science.

Идеальное запоминающее устройство нового поколения должно обрабатывать информацию с высокой скоростью, хранить большие объемы информации и быть энергонезависимым, чтобы предотвратить потерю информации при отключении питания, и работать с низким энергопотреблением для мобильных устройств.

Недавнее открытие свойства резистивного переключения в галогенидных перовскитных материалах привело к активизации исследований с целью их применения в устройствах ReRAM. Однако плохая стабильность галогенидных перовскитных материалов при воздействии атмосферы была поднята как проблема.

Группа исследователей сравнила относительную стабильность и свойства галогенидных перовскитов с различными структурами. Расчеты DFT показали, что CsPb2Br5, двумерная слоистая структура в форме AB2X5, может иметь лучшую стабильность, чем трехмерная структура ABX3 или другие структуры (A3B2X7, A2BX4), и что эта структура может показать улучшенную производительность в устройствах памяти.

Для проверки этого результата был синтезирован неорганический перовскитный материал с двумерной слоистой структурой CsPb2Br5, который впервые был применен в устройствах памяти. Устройства памяти с трехмерной структурой CsPbBr3 теряли свои характеристики при температурах выше 100° C. Однако устройства памяти, использующие двумерную слоистую структуру CsPb2Br5, сохраняли свои характеристики памяти при температуре выше 140° C и могли работать при напряжениях ниже 1 В.

Профессор Джан-Сик Ли, возглавлявший исследование, прокомментировал: «Используя эту технику конструирования материалов, основанную на проверке основных принципов и экспериментальной проверке, разработку устройств памяти можно ускорить за счет сокращения времени, затрачиваемого на поиск новых материалов. Путем проектирования оптимального нового материала для запоминающих устройств посредством компьютерного моделирования и применения его для их фактического производства, этот материал может быть как память для различных электронных устройств, таких как мобильные устройства, требующие низкого энергопотребления, или серверы, требующие надежной работы. Ожидается, что это ускорит коммерциализацию устройств хранения данных нового поколения».

Исследователи из CRANN и Школы физики в Тринити-колледже в Дублине создали новое инновационное устройство, которое будет излучать отдельные фотоны из квантовых точек, что является ключом к практическим квантовым коммуникациям, квантовым компьютерам и другим квантовым устройствам.

Команда значительно улучшила предыдущие разработки в фотонных системах с помощью своего устройства, которое обеспечивает управляемую направленную эмиссию одиночных фотонов и создает запутанные состояния пар квантовых точек.

Квантовые компьютеры используют свойства квантовых битов - «кубитов» - для выполнения вычислений. Свойство суперпозиции квантовых состояний приводит к тому, что квантовые компьютеры будут иметь гораздо большие вычислительные мощности по сравнению с классическими компьютерами.

Ученые изучают различные варианты и проекты, чтобы сделать квантовые вычисления жизнеспособной реальностью. В одной из предложенных идей используются фотонные системы, базирующиеся на квантовых свойствах света на наноуровне в виде кубитов. Команда из Тринити исследует такую систему в своей недавно опубликованной статье в известном журнале Nano Letters.

Их система использует одиночные фотоны, излучаемые управляемым образом во времени и пространстве от квантовых излучателей (наноразмерных материалов, известных как квантовые точки). Для таких приложений, как квантовые вычисления, необходимо контролировать излучение от этих точек и производить квантовое запутывание фотонов от пар этих точек.

Квантовая запутанность является фундаментальным свойством квантовой механики и возникает, когда пара или группа частиц квантово-механически связаны таким образом, что квантовое состояние каждой частицы пары не может быть описано независимо от состояния других. По сути, две запутанные квантовые точки могут излучать запутанные фотоны.

Профессор Джон Донеган (John Donegan) из CRANN и Школа физики Тринити, сказал: «Устройство работает, помещая металлический наконечник в пределах нескольких нанометров от поверхности, содержащей квантовые точки. Наконечник возбуждается светом и создает электрическое поле такой огромной интенсивности, что оно может значительно увеличить количество одиночных фотонов, излучаемых точками. Это сильное поле может также связывать излучение от пар квантовых точек, запутывая их состояния таким образом, который уникален для квантовых излучателей света».

Другим значительным преимуществом над современными фотонными устройствами для приложений квантовых вычислений является механизм, с помощью которого устройство работает.

Профессор Ортуин Хесс (Ortwin Hess) из Школы физики Тринити и CRANN, добавил: «С помощью сканирования металлического наконечника по поверхности, содержащей квантовые точки, мы можем генерировать однофотонное излучение по мере необходимости. Такое устройство намного проще, чем имеющиеся системы, которые пытаются зафиксировать металлический наконечник или полость в непосредственной близости от квантовой точки. Теперь мы ожидаем, что это устройство и его работа окажут поразительное влияние на исследования квантовых излучателей для квантовых технологий».

Ученые совершили прорыв в области спинтроники, который может привести к появлению новой высокоскоростной энергоэффективной технологии передачи данных.

Международная группа исследователей, в том числе Университет Эксетера, сделала революционное открытие, которое может обеспечить высокую скорость и низкое энергопотребление для некоторых наиболее популярных в мире электронных устройств.

В то время как современные информационные технологии основаны на электронике, которая потребляет огромное количество энергии, электроны в электрических токах также могут передавать собственный угловой момент, называемый спином.

Спиновая электроника, или спинтроника, использующая спиновый ток, потенциально может быть не только значительно быстрее, но и более энергоэффективней.

Ученые недавно обнаружили, что некоторые электроизоляционные антиферромагнитные материалы являются исключительно хорошими проводниками чистого спинового тока.

В новом исследовании ученые из Эксетера в сотрудничестве с университетами Оксфорда, Беркли в Калифорнии, а также с Advanced and Diamond Light Sources, экспериментально продемонстрировали, что высокочастотные переменные спиновые токи могут передаваться, а иногда и усиливаться внутри тонких слоев антиферромагнетика NiO.

Результаты показывают, что спиновый ток в тонких слоях NiO опосредуется мимолетными спиновыми волнами, механизмом, похожим на квантово-механическое туннелирование.

Использование тонких слоев NiO для передачи и усиления переменного спинового тока при комнатной температуре и на гигагерцевых частотах может привести к более эффективной технологии беспроводной связи в будущем. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Мацей Дабровский (Maciej Dabrowski), первый автор из Университета Эксетера, сказал: «Подтверждение механизма быстро затухающей спиновой волны, показанного в нашем эксперименте, указывает на то, что передача углового момента между спинами и кристаллической решеткой антиферромагнетика может быть реализована в тонких пленках NiO и открывает дверь в строительство наноразмерных усилителей спинового тока».

Электроника на основе спинов, или спинтроника, которая использует спиновый ток, может быть не только значительно быстрее, но и более энергоэффективней

Физики из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Университета Ланьчжоу в Китае разработали простую концепцию, которая может значительно улучшить обработку данных на магнитной основе. Используя ультракороткие электрические импульсы в терагерцовом диапазоне, данные можно записывать, считывать и стирать очень быстро. Это сделает обработку данных более быстрой, компактной и энергоэффективной. Исследователи подтвердили свою теорию, запустив сложные симуляции, и результаты были опубликованы в журнале NPG Asia Materials.

Магнитное хранилище необходимо для безопасного хранения огромного количества данных, генерируемых каждый день, например, через социальные сети. После сохранения информация может быть восстановлена через много лет. Хранение данных на основе зарядов, используемое, например, в мобильных телефонах, намного недолговечнее, когда нет энергоснабжения. Традиционные магнитные жесткие диски и компоненты имеют свои недостатки, связанные с движущимися механическими частями и необходимостью магнитных полей, что делает их более энергоемкими и относительно медленными при чтении и записи данных.

«Мы искали быструю и энергоэффективную альтернативу», - объясняет профессор Джамал Беракдар (Jamal Berakdar) из Института физики MLU. Он и его коллеги из Университета Ланьчжоу пришли к простой идее. Используя ультракороткие импульсы в терагерцовом диапазоне, информация может быть записана в магнитных нановихрях и считана в течение пикосекунд. Теоретически, это делает возможным миллиарды операций чтения и записи в секунду без необходимости в магнитных полях. «С помощью импульсов соответствующей формы данные могут обрабатываться очень быстро при низких затратах энергии», - говорит проф. Беракдар. Новая концепция основана на существующих терагерцевых технологиях и магнетизме. «Она использует достижения в области генерации электрических импульсов и наномагнетизма».

До сих пор метод был опробован в компьютерном моделировании. «В последние годы были достигнуты фантастические успехи в создании и управлении электрическими импульсами», - говорит проф. Беракдар. Поэтому имеет смысл изучить новые способы применения этих импульсов для хранения данных. Представленная исследователями концепция предлагает простой инструмент для контроля магнитных нановихрей и поэтому может быть непосредственно использована для новых технологий хранения.

Исследовательская группа разработала методику, которая может вдвое сократить энергию, необходимую для записи данных, и упростить создание сложных серверных архитектур.

Будь то отправка бабушке и дедушке нескольких фотографий детей, потоковое воспроизведение фильма или музыки или просмотр веб-страниц в течение нескольких часов, объем данных, которые генерирует наше общество, постоянно увеличивается. Но это дорого, так как хранение данных потребляет огромное количество энергии. Предполагая, что объемы данных будут продолжать расти в будущем, соответствующее энергопотребление также увеличится на несколько порядков. Например, прогнозируется, что к 2030 году потребление энергии в ИТ-секторе возрастет до десяти петаватт-часов, или десяти триллионов киловатт-часов. Это будет эквивалентно примерно половине электроэнергии, произведенной во всем мире.

Но что можно сделать, чтобы уменьшить количество энергии, необходимое для работы серверов? Данные обычно хранятся в слое хранения с помощью намагничивания. Для записи или удаления данных электрические токи пропускаются через ферромагнитные многослойные структуры, где протекающие электроны генерируют эффективное магнитное поле. Намагниченность в накопительном слое «чувствует» это магнитное поле и соответственно меняет свое направление. Однако каждый электрон может быть использован только один раз. Важный шаг в области энергосберегающего хранения данных заключается в создании ферромагнитного слоя хранения, который включает в себя тяжелый металл, такой как платина. Когда ток течет через тяжелый металл, электроны переключаются назад и вперед между слоями тяжелого металла и ферромагнитным. Большое преимущество этого метода заключается в том, что электроны могут многократно использоваться повторно, и ток, необходимый для записи данных, уменьшается в тысячу раз.

Команда исследователей из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), работающая в сотрудничестве с исследователями из Forschungszentrum Jülich, в настоящее время нашла способ удвоить эффективность этого процесса хранения. «Вместо использования простого кремния в качестве подложки, как это принято в обычной практике, мы используем пьезоэлектрический кристалл, - пояснила Мария Филианина (Mariia Filianina), докторант в аспирантуре Школы материаловедения в Майнце и аспирантуре Центра Макса Планка. - Мы прикрепляем к этому слой тяжелых металлов и ферромагнитный слой». Если затем к пьезоэлектрическому кристаллу прикладывается электрическое поле, оно создает механическую деформацию в кристалле. Это, в свою очередь, повышает эффективность магнитного переключения слоя хранения, который является элементом, обеспечивающим хранение данных. Степень повышения эффективности определяется системой и напряженностью электрического поля. «Мы можем непосредственно измерить изменение эффективности и, следовательно, отрегулировать соответствующую напряженность поля фактически на лету», - отметила Филианина.

Другими словами, можно напрямую контролировать эффективность процесса магнитного переключения посредством регулировки напряженности электрического поля, которому подвергается пьезоэлектрический кристалл.

Это не только приводит к значительному снижению энергопотребления, но и делает возможным использование сложных архитектур для хранения информации. Исследователи предполагают, что, если электрическое поле приложено только к небольшой области пьезоэлектрического кристалла, эффективность переключения будет повышаться только в этом месте. Если они теперь отрегулируют систему так, чтобы спины электронов могли переключаться только при усилении деформации в пьезоэлектрическом кристалле, они могут локально изменять намагниченность. «Используя этот метод, мы можем легко реализовать многоуровневую память и сложную серверную архитектуру», - заявила Мария Филианина.