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».

Сенсорные поверхности стали повсеместными и позволяют пользователям интуитивно управлять отображаемым содержимым пальцами. Одним из ограничений является то, что они не могут представлять различные типы поверхностных состояний реальных объектов, таких как текстура. Теперь исследовательская группа предлагает StickyTouch, новый тактильный дисплей, который отображает адгезивную информацию на поверхности. Управление адгезией может быть достигнуто с помощью термочувствительного адгезивного листа, температура которого контролируется локально.

Группа исследователей из Университета Осаки разработала новый двумерный (2D) графический тактильный дисплей, к которому можно добавить одномерную (1D) адгезивную информацию, контролируя прилипание обозначенных участков поверхности дисплея.

При использовании традиционных технологий было невозможно выполнить динамическое и интерактивное управление путем изменения формы области или коэффициента трения на поверхности электронного устройства, такого как квазибумажный экран, для повышения его работоспособности. Таким образом, исследователи приложили усилия, чтобы представить дополнительную информацию, используя визуальное представление, которое также может доставлять другой сенсорный (тактильный) контент.

В индустрии развлечений, например в видеоиграх, были предложены дисплеи, которые дают игрокам ощущение температуры или шока, чтобы они могли чувствовать, что они действительно находятся на сцене игры. В частности, было разработано много тактильных дисплеев и технологий элементов, которые дают игрокам тактильную обратную связь.

Эта группа исследователей разработала дисплей, в котором чувство осязания, то есть одномерное «липкое» ощущение, может быть добавлено к двухмерному видеодисплею. На их дисплее смонтирован термочувствительный клейкий лист, специальный полимерный лист, адгезию (трение) которого можно изменить, управляя температурой поверхности дисплея с помощью компьютера.

Чтобы представить изменения в адгезии в диапазоне, который не вызывает у пользователя ощущения дискомфорта, исследователи использовали клейкий лист с граничной температурой 40 ° C. Лист быстро становится липким при нагревании до температуры выше 40 ° C, демонстрируя наибольшую адгезию 2,6 [N/25 мм] в диапазоне температур 30° C ~ 48° C.

С помощью этого дисплея пользователи могут воспринимать как визуальную, так и тактильную информацию, чего трудно добиться с помощью обычных 2D-дисплеев. Например, можно почувствовать папку и узнать ее емкость, коснувшись ее во время навигации по иерархии папок, которая может быть предварительно настроена на изменение адгезии в зависимости от емкости папки. Также возможно помешать работоспособности устройства, чтобы пользователи не могли неаккуратно перелистывали контент, чтобы они могли сосредоточиться на разделах, содержащих важную информацию, для которых установлены повышенные уровни сцепления.

Кроме того, также возможно применить эту технологию к сенсорным экранам для людей с нарушениями зрения и позволить пользователям, которые смотрят на изображение липкого объекта на экране, чувствовать липкость отображаемого объекта, как будто они фактически касаются объекта на изображении.

Доцент Ито (Itoh) говорит: «Эта графическая тактильная система позволяет пользователям получать «тактильную и сенсорную» информацию, которую будет трудно воспринимать на визуальном дисплее. Мы рассмотрим приложения для развлечений и цифровых вывесок, чтобы добиться ее коммерческой жизнеспособности».

StickyTouch - область под указательным пальцем становится липкой

Ученые разработали новое трехуровневое устройство памяти, основанное на твердых литий-ионных батареях. Предлагаемое устройство, которое имеет чрезвычайно низкое энергопотребление, может быть ключевым для разработки более энергоэффективных и более быстрых запоминающих устройств с произвольным доступом (RAM), которые распространены в современных компьютерах.

Практически все цифровые устройства, которые выполняют какой-либо вид обработки информации, требуют не только блока обработки, но и быстрой памяти, которая может временно хранить входные данные, промежуточные результаты и выходные данные выполненных операций. В компьютерах эта память называется динамической оперативной памятью или DRAM. Скорость DRAM очень важна и может оказать существенное влияние на общую производительность системы. Кроме того, снижение энергопотребления запоминающих устройств в последнее время стало острой темой для достижения высокоэффективных вычислений. Поэтому многие исследования были направлены на тестирование новых технологий памяти, чтобы превзойти производительность обычной DRAM.

Основным элементом в чипе памяти являются его ячейки памяти. Каждая ячейка обычно хранит один бит, принимая и удерживая одно из двух возможных значений напряжения, которые соответствуют сохраненному значению «0» или «1». Характеристики отдельной ячейки во многом определяют производительность всей микросхемы памяти. Простые и меньшие по размеру ячейки с высокой скоростью и низким энергопотреблением были бы идеальными, чтобы вывести высокоэффективные вычисления на новый уровень.

Исследовательская группа из Tokyo Tech во главе с проф. Таро Хитосуги (Taro Hitosugi) и студенткой Юки Ватанабе (Yuki Watanabe) недавно достигла нового рубежа в этой области. Эти исследователи, вдохновленные дизайном твердых литий-ионных батарей, ранее разработали новое устройство памяти. Оно состояло из пакета из трех твердых слоев, изготовленных из лития, фосфата лития и золота. Этот стек по сути представляет собой миниатюрную батарею малой емкости, которая выполняет функцию ячейки памяти; его можно быстро переключать между заряженным и разряженным состояниями, которые представляют два возможных значения бита. Однако золото соединяется с литием, образуя толстый слой сплава, что увеличивает количество энергии, необходимое для переключения из одного состояния в другое.

В своем последнем исследовании ученые создали аналогичную трехуровневую ячейку памяти с использованием никеля вместо золота. Они ожидали лучших результатов при использовании никеля, поскольку он не может легко образовывать сплавы с литием, что приведет к снижению энергопотребления при переключении. Устройство памяти, которое они создали, было намного лучше, чем предыдущее. На самом деле оно может содержать три разных состояния напряжения вместо двух, что означает, что это трехуровневое устройство памяти. «Эту систему можно рассматривать как тонкопленочную литиевую батарею чрезвычайно малой емкости с тремя состояниями заряда», - объясняет проф. Хитосуги. Это очень интересная функция, которая имеет потенциальные преимущества для трехзначных реализаций памяти, которые могут быть более эффективными по площади.

Исследователи также обнаружили, что никель образует очень тонкий слой оксида никеля между слоями никеля и фосфата лития, и этот оксидный слой необходим для переключения устройства с низким энергопотреблением. Оксидный слой намного тоньше, чем у сплавов золото-литий, которые сформировались в их предыдущем устройстве. Это означает, что новый элемент "мини-батарея" имеет очень низкую емкость и поэтому быстро и легко переключается между состояниями с помощью очень малых токов. «Чрезвычайно низкое энергопотребление является наиболее заметным преимуществом этого устройства», - отмечает проф. Хитосуги.

Повышенная скорость, низкое энергопотребление и меньший размер - все это востребованные функции в будущих устройствах памяти. Ячейка памяти, разработанная этой исследовательской группой, является очень многообещающим шагом на пути к более энергоэффективным и быстрым вычислениям.

Исследователи из Университета Джона Хопкинса разработали новый метод производства атомно-тонких полупроводниковых кристаллов, который мог бы однажды создать более мощные и компактные электронные устройства.

Используя специально обработанные кремниевые поверхности для формирования размера и формы кристаллов, исследователи нашли потенциально более быстрый и менее дорогой способ производства полупроводниковых кристаллов следующего поколения для микрочипов. Кристаллические материалы, полученные таким способом, могут, в свою очередь, сделать возможными новые научные открытия и ускорить технологические разработки в области квантовых вычислений, бытовой электроники и более эффективных солнечных элементов и батарей.

«Наличие метода точной, быстрой и прозрачной лепки кристаллов на наношкале без необходимости традиционных нисходящих процессов представляет большие преимущества для широкого использования наноматериалов в технологических приложениях», - сказал Томас Дж. Кемпа (Thomas J. Kempa), профессор химии из Университета Джона Хопкинса, который руководил исследованиями.

Команда проф. Кемпа впервые нанесла на кремниевые подложки, широко используемые в промышленных условиях для обработки полупроводников в устройствах, газообразный фосфин. Когда кристаллы удалось выращивать на обработанных фосфином кремниевых подложках, авторы обнаружили, что они образовали структуры, которые были намного меньше и более высокого качества, чем кристаллы, полученные традиционными способами.

Исследователи обнаружили, что реакция фосфина с кремниевой подложкой вызвала образование новой «дизайнерской поверхности». Эта поверхность стимулировала рост кристаллов в виде горизонтальных «лент», в отличие от плоских и треугольных листов, которые обычно изготавливаются. Кроме того, однородный характер и четкая структура этих лент соперничали с качеством нанокристаллов, полученных с помощью стандартных в отрасли процессов нанесения паттернов и травления, которые часто являются трудоемкими, длительными и дорогостоящими, сказал проф. Кемпа.

Нанокристаллы, полученные в этом исследовании, называются «дихалькогенидами переходных металлов» (TMD). Как и графен, нанокристаллы TMD пользуются широким вниманием за обладание мощными свойствами, которые являются уникальным следствием их «двумерной» шкалы.

Примечательно, что версии TMD, которые проф. Кемпа и его команда смогли создать, были настолько малы, что они назвали их «одномерными», чтобы отличать их от обычных двумерных листов, с которыми знакомы большинство исследователей.

Ограничения обработки материалов являются одной из причин замедления действия закона Мура в последние годы. Правило, введенное в 1965 году соучредителем IBM Гордоном Э. Муром, гласит, что число транзисторов и их производительность в плотной интегральной схеме удваивается примерно каждые два года. Полупроводниковая промышленность в настоящее время пытается сохранить этот темп.

«Мы вносим фундаментальный вклад в рациональный контроль формы и размеров наномасштабных материалов», - сказал проф. Кемпа. - Этот метод может «лепить наноразмерные кристаллы способами, которые раньше были недоступны. Наш метод может существенно сэкономить время и деньги на обработку. Наша способность управлять этими кристаллами по желанию может быть полезной для приложений в области хранения энергии, квантовых вычислений и квантовой криптографии».

Глобальная команда компьютерных ученых разработала «Write-A-Video», новый инструмент, который генерирует видео из тематического текста. Используя редактирование слов и текста, инструмент автоматически определяет, какие сцены или кадры выбираются из репозитория, чтобы проиллюстрировать желаемую сюжетную линию.

В мире начинающих фотографов и видеооператоров, захвативших поток контента через свои смартфоны и портативные устройства, существует потребность в интеллектуальном, простом в использовании инструменте для автоматизации создания фильмов и видеомонтажей. На сегодняшний день многие качественные видео по-прежнему опираются на профессиональные инструменты редактирования на основе кадров, чтобы манипулировать необработанными кадрами и создавать связное видео с увлекательной сюжетной линией.

Глобальная команда компьютерных ученых из университетов Цинхуа и Бейхан в Китае, Гарвардского университета в США и IDC Herzliya в Израиле разработала «Write-A-Video», новый инструмент, который генерирует видео из тематического текста. Используя редактирование слов и текста, инструмент автоматически определяет, какие сцены или кадры выбираются из репозитория, чтобы проиллюстрировать желаемую сюжетную линию. Этот инструмент позволяет начинающим пользователям создавать качественные видеомонтажи простым и удобным способом, не требующим профессиональных навыков производства и редактирования видео.

В то время как существующие инструменты редактирования видео все еще требуют знаний в области обработки и редактирования, новый метод исследователей позволяет новичкам создавать видео, которые рассказывают истории более естественно. По словам исследователей, запись в формате A-Video позволяет пользователям создавать видеомонтаж, просто редактируя текст, сопровождающий видео. Например, добавление или удаление текста, а также перемещение предложений вокруг преобразуют в операции редактирования видео, такие как поиск соответствующих снимков, вырезание и реорганизация снимков и создание окончательного результата видеомонтажа.

«Write-A-Video использует современные достижения в области автоматического понимания видео и уникальный пользовательский интерфейс, позволяющий создавать более естественное и простое видео, - говорит проф. Ариэль Шамир (Ariel Shamir), декан Школы информатики Efi Arazi при IDC Herzliya. - С помощью нашего инструмента пользователь обеспечивает ввод в основном в форме редактирования текста. Инструмент автоматически ищет семантически совпадающие кадры-кандидаты из репозитория видео, а затем использует метод оптимизации для сборки видеомонтажа, автоматически обрезая и переупорядочивая кадры».

«Write-A-Video также позволяет пользователям исследовать визуальные стили для каждой сцены с помощью кинематографических идиом, генерирующих, например, фильмы с более быстрым или медленным темпом, меньшим или большим движением контента и т. д.», - объясняет доктор Мяо Ван (Miao Wang) из Университета Бейхан.

При выборе подходящих снимков из видеохранилища метод также учитывает эстетическую привлекательность снимков, выбирая те, которые идеально освещены, хорошо сфокусированы и не являются размытыми или нестабильными. «В любой момент пользователь может воспроизвести фильм и просмотреть результат видеомонтажа с сопровождающим закадровым комментарием». - говорит профессор Ши-Мин Ху (Shi-Min Hu) из Университета Цинхуа.

Исследования группы показывают, что интеллектуальные цифровые инструменты, объединяющие способности людей, и алгоритмы, могут помочь пользователям в творческом процессе. «Наша работа демонстрирует потенциал автоматического визуально-семантического сопоставления в вычислительном редактировании на основе идиом, предлагая интеллектуальный способ сделать создание видео более доступным для непрофессионалов», - говорит проф. Шамир.

Для исследования подход был протестирован на различных фрагментах тематических видео и текстовых репозиториев с количественной оценкой и пользовательскими исследованиями. Пользователи, не имеющие опыта редактирования видео, могут создавать удовлетворительные видео с помощью инструмента Write-A-Video, иногда даже быстрее, чем профессионалы, использующие программное обеспечение для покадрового редактирования.

writeAVideo from Ariel Shamir on Vimeo.

Случайные битовые последовательности являются ключевыми компонентами различных задач в современной жизни и особенно в безопасных коммуникациях. В новом исследовании ученые установили, что генерация истинных случайных битовых последовательностей, классических или квантовых, является невыполнимой задачей. Основываясь на этих выводах, они продемонстрировали новый метод секретной защищенной связи.

Математическое определение случайной битовой последовательности настолько простое, что ее можно суммировать в одном предложении: последовательность битов, следующий бит которой равен 0 или 1 с равной вероятностью, независимо от предыдущих. Хотя определение очень простое, практическая сертификация процесса как случайного гораздо сложнее, но имеет решающее значение, например, в безопасном обмене данными, где информация должна шифроваться, чтобы не дать хакерам возможности прогнозировать поток битов.

В статье, которая опубликована в ноябре 2019 года в журнале Europhysics Letters, исследователи из Университета Bar-Ilan демонстрируют, что длинные последовательности с сертифицированной Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) случайностью далеко не являются действительно случайными. Их работа демонстрирует, что большая часть неслучайных битов может быть систематически встроена в такие битовые последовательности, не оказывая негативного влияния на их сертифицированную случайность. Это открытие приводит к новому типу секретной защищенной связи между двумя сторонами, где скрывается даже сама связь.

«В настоящее время научно-техническая точка зрения заключается в том, что только недетерминированные физические процессы могут генерировать действительно случайные битовые последовательности, которые окончательно подтверждаются сотнями всесторонних статистических тестов», - сказал ведущий автор исследования, проф. Идо Кантер (Ido Kanter) с факультета физики университета и многопрофильного исследовательского центра мозга им. Гонды (Гольдшмид) в Bar-Ilan.

«Мы предлагаем обратную стратегию, которая никогда не тестировалась ранее. Наша стратегия направлена на количественное определение максимального объема информации, которая может быть систематически внедрена в сертифицированную случайную последовательность битов, без ущерба для ее сертификации», - сказали аспиранты Шира Сарди (Shira Sardi) и Херут Узан (Herut Uzan), ключевые участники исследования.

Используя такую стратегию, уровень случайности может быть определен количественно вне бинарной сертификации. Кроме того, поскольку информация систематически встраивается в битовую последовательность, этот подход предлагает новую криптосистему, похожую на стеганографию, где существование любого сообщения полностью скрыто.

«Согласно основополагающим принципам квантовой физики, случайность квантовых генераторов случайных битов, как ожидается, будет совершенной. Однако на практике эта совершенная квантовая случайность может быть нарушена многими экспериментальными недостатками, - сказал проф. Кантер. – Таким образом, последовательность генерируемый квантовых чисел, в конечном счете, должна быть сертифицирована статистическими тестами, которые могут различать оригинальные квантовые гарантированные последовательности и паразитные. Однако ожидается, что недавно обнаруженная незавершенность практической случайности нарушит работу даже квантовых генераторов случайных чисел».

Новая точка зрения, представленная в этой работе, требует переоценки количественного определения измерения классической и квантовой случайности, а также ее применения для безопасной связи.

В Университете штата Делавэр разрабатывается транзистор, который может обеспечить более дешевую и быструю беспроводную связь.

Многие технологии, на которые мы опираемся, от смартфонов до носимых устройств и т. д., используют быструю беспроводную связь. Что мы могли бы сделать, если бы эти устройства передавали данные еще быстрее?

Это то, над чем работает Юпин Цзэн (Yuping Zeng), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете штата Делавэр. Она и группа исследователей недавно создали транзистор на базе нитрида галлия (GaN) с нитридом индия-алюминия в качестве барьера на кремниевой подложке с высокой подвижностью электронов, который усиливает и управляет электрическим током.

Среди устройств такого типа транзистор доц. Цзэн имеет свойства настройки записи, в том числе рекордно низкий ток утечки на затворе (мера потерь тока), рекордно высокий коэффициент включения / выключения (величина разности тока, передаваемого между включенным состоянием и выключенное состояние) и рекордную частоту отсечки с высоким коэффициентом усиления (указание того, сколько данных может быть передано в широком диапазоне частот).

Этот транзистор может быть полезен для систем беспроводной связи с более высокой пропускной способностью. Для заданного тока он может выдерживать большее напряжение и потребует меньшего времени жизни батарей, чем другие устройства этого типа.

«Мы создаем этот высокоскоростной транзистор, потому что мы хотим расширить полосу пропускания беспроводной связи, и это позволит получать больше данных в течение определенного ограниченного времени, - сказала доц. Цзэн. - Он также может быть использован для космических применений, потому что предлагаемый нами транзистор из нитрида галлия обладает высокой радиационной стойкостью, а также является материалом с широкой запрещенной зоной, поэтому он может выдерживать большую мощность».

Этот транзистор представляет собой инновации как в дизайне материала, так и в конструкции устройства. Транзисторы выполнены на недорогой кремниевой подложке, «и этот процесс также может быть совместим с кремниевой технологией комплементарных металл-оксид-полупроводник (КМОП), которая является обычной технологией, используемой для полупроводников», - отметила доц. Цзэн.

Команда также планирует использовать свои транзисторы для создания усилителей мощности, которые могут быть особенно полезны для беспроводной связи, а также для IoT.

Группа доц. Цзэн также работает над транзисторами на основе оксида титана, которые являются прозрачными и могут использоваться для дисплеев, конкурируя с технологией для коммерчески используемых транзисторов на основе индия, галлия и цинка (InGaZnO).

Доц. Юпин Цзэн (справа) и аспирант Пэн Цуй (Peng Cui) работают над проектированием транзисторов, которые могли бы обеспечить более дешевую и быструю беспроводную связь

Ученые разработали новую технологию хранения, основанную на сочетании органического светодиода (OLED) и изолятора.

Это устройство позволяет считывать хранимую информацию как оптически, так и электрически. Кроме того, информация может добавляться порциями - таким образом, несколько состояний хранения могут быть реализованы в одном устройстве.

Еще одна новинка была связана с измерениями в серии испытаний: они проводились исключительно с использованием инновационной технологии измерительного программного обеспечения «SweepMe!», разработанное одноименным стартапом.

Эта история началась в 2015 году. Два ученых, оба эксперты в области органической электроники, направлялись на конференцию в Бразилию, которая включала длительную поездку на автобусе до места проведения выставки Porto de Galinhas. Было много времени поговорить. И так получилось, что один из двух - профессор Стефан Маннсфельд (Stefan Mannsfeld) - поделился этой идеей с собеседником - доктором Акселем Фишером (Axel Fischer), которого эта идея уже занимал некоторое время: сочетание обычного органического светодиода (OLED) с изолирующим слоем должно было бы привести к созданию устройства хранения из-за специфических физических эффектов используемых материалов, которые можно записывать и считывать, используя как свет, так и электрические сигналы.

Д-р Фишер подтвердил, что необходимые технологии и опыт уже были доступны в IAPP - и поэтому исследование этой идеи было лишь вопросом времени. Ичу Чжэн (Yichu Zheng) на кафедре профессора Маннсфельда была подходящим кандидатом, чтобы посвятить свою докторскую диссертацию этой теме.

Результаты этой работы были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials. Ученые описывают новый тип программируемой органической емкостной памяти, которая представляет собой комбинацию OLED и MOS-конденсатора. Запоминающее устройство, называемое «pinMOS», представляет собой энергонезависимый конденсатор с высокой повторяемостью и воспроизводимостью. Особенностью является то, что pinMOS может хранить несколько состояний, так как заряды могут добавляться или удаляться в контролируемых количествах. Еще одна привлекательная особенность заключается в том, что эта простая диодная память может быть как электрически, так и оптически записана и считана. В настоящее время достигается срок службы более 104 циклов чтения-записи, и состояния памяти могут поддерживаться и различаться в течение 24 часов. Результаты показывают, что принцип памяти pinMOS в качестве надежного емкостного запоминающего устройства является перспективным для будущих применений в электронных и фотонных схемах, таких как нейроморфные компьютеры или системы визуального хранения. Соавторы Берлинского института Вейерштрасса (WIAS) смогли внести свой вклад в точную интерпретацию функционального механизма, выполнив моделирование дрейфовой диффузии.

Диодно-конденсаторная память была впервые представлена в 1952 году Артуром Холтом (Arthur W. Holt) на конференции ACM в Канаде, но только сейчас эта концепция возрождается благодаря использованию органических полупроводников, поскольку все функции дискретного соединения диодов и конденсатора могут быть интегрированы в одну ячейку памяти.

Все измерения в рамках этого исследования были выполнены с использованием нового лабораторного программного обеспечения для измерения "SweepMe! Это программное обеспечение было разработано стартапом, который был создан в TU Dresden.

Это исследование доказало, насколько универсальным может быть SweepMe!. Будь то измерение емкостей, зависящих от напряжения и времени, снятие вольт-амперных характеристик, комбинация генератора сигналов и осциллографа или обработка изображений с промышленной камеры - все было реализовано только с помощью одного этого программного обеспечения. Даже сложные изменения параметров, которые обычно требуют значительных усилий по программированию, могут быть реализованы за очень короткое время. С октября 2019 года SweepMe! доступен по всему миру бесплатно.

Современные компьютерные процессоры все больше приближаются к пределам своих физических свойств. Решением этой проблемы могут быть новые материалы. Физики из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) исследовали, могут ли и как эти материалы разрабатываться. Они создали, протестировали и подали патент на концепцию, которая использует последние результаты в области спинтроники. Команда сообщила о своих исследованиях в журнале ACS Applied Electronic Materials.

С их новой концепцией исследователи из MLU хотят улучшить свойства диодов и транзисторов. Обычные процессоры используют тысячи диодов и транзисторов для обработки данных. «Энергоэффективность этих отдельных компонентов определяет, сколько энергии потребляет процессор в целом», - говорит профессор Ингрид Мертиг (Ingrid Mertig), физик-теоретик из MLU. Потеря энергии, которая происходит, когда электрическая энергия превращается в тепло, остается самой большой проблемой, объясняет она. При разработке этих компонентов ученым также необходимо решить, создавать ли очень мощные и энергоэффективные компоненты, которые можно использовать только для определенной цели, или создавать детали, которые можно использовать различными способами, но имеющие более низкую производительность и требующие больше энергии.

Для своего последнего новшества команда ученых изучала, может ли спинтроника использоваться для решения этих проблем. Ученые исследовали, можно ли и как разработать диод или транзистор, который использует спин в дополнение к заряду электрона. Концепция основана на недавно открытых магнитных материалах, которые содержат информацию о спине. Они могут заменить традиционные полупроводниковые материалы в новых компонентах.

«Наши предложения по новым транзисторам объединяют обработку и хранение данных. Потери энергии нет, и их легко перенастроить», - объясняет д-р Эрсой Сасиоглу (Ersoy Sasioglu), физик из MLU и первый автор статьи. Уже был подан патент на конструкцию этих спинтронных компонентов. Исследовательская группа из Галле фокусируется на использовании теоретического моделирования при разработке новых материалов. В сотрудничестве с физиками-экспериментаторами из Университета Билефельда ученые теперь хотят проверить, какие материалы лучше всего подходят для новых компонентов.

Международная исследовательская группа во главе с физиком из Калифорнийского университета в Риверсайде определила микроскопический процесс спиновой динамики электронов в наночастицах, который может повлиять на разработку приложений в медицине, квантовых вычислениях и спинтронике.

Магнитные наночастицы и наноустройства имеют несколько применений в медицине, таких как доставка лекарств и МРТ, и информационных технологий. Управление динамикой спинов - движением электронных спинов - является ключом к повышению производительности таких приложений на основе наномагнитов.

«Эта работа способствует нашему пониманию спиновой динамики в наномагнетиках», - сказал Игорь Барсуков, доцент кафедры физики и астрономии и ведущий автор исследования.

Спины электронов, которые прецессируют как вершины вращающегося волчка, связаны друг с другом. Когда один спин начинает прецессировать, прецессия распространяется на соседние спины, что вызывает движение волны. Спиновые волны, которые, таким образом, являются коллективным возбуждением спинов, ведут себя в наноразмерных магнитах иначе, чем в больших или протяженных магнитах. В наномагнитах спиновые волны ограничены размером магнита, обычно около 50 нанометров, и поэтому представляют собой необычные явления.

В частности, одна спиновая волна может трансформироваться в другую посредством процесса, называемого «рассеянием трех магнонов», причем магнон является квантом спиновой волны. В наномагнетиках этот процесс резонансно усиливается, то есть он усиливается для определенных магнитных полей.

В сотрудничестве с исследователями из UC Irvine и Western Digital в Сан-Хосе, а также коллегами-теоретиками в Украине и Чили Барсуков продемонстрировал, как рассеяние трех магнонов и, следовательно, размеры наномагнитов определяют, как эти магниты реагируют на спиновые токи. Это развитие может привести к сдвигам парадигмы.

«Спинтроника прокладывает путь к более быстрым и энергоэффективным информационным технологиям, - сказал Барсуков. - Для такой технологии наномагниты являются строительными блоками, которые должны управляться спиновыми токами».

Барсуков объяснил, что, несмотря на его технологическую важность, фундаментальное понимание рассеяния энергии в наномагнитах было неуловимым. Работа исследовательской группы дает представление о принципах рассеивания энергии в наномагнитах и может помочь инженерам, которые работают в области спинтроники и информационных технологий, создавать более совершенные устройства.

«Микроскопические процессы, исследуемые в нашей работе, могут также иметь значение в контексте квантовых вычислений, когда ученые в настоящее время пытаются обратиться к отдельным магнонам, - сказал Барсуков. - Наша работа может потенциально повлиять на несколько областей исследований».