`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

BEST CIO

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

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

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

 

Более быстрая и эффективная передача информации

Будь то смартфоны, ноутбуки или мэйнфреймы - передача, обработка и хранение информации в настоящее время основаны на одном классе материалов - как это было на заре информатики около 60 лет назад. Однако новый класс магнитных материалов может поднять информационные технологии на новый уровень. Антиферромагнитные изоляторы обеспечивают скорость вычислений в тысячу раз выше, чем у обычной электроники, при значительно меньшем нагреве. Компоненты могут быть упакованы ближе друг к другу, и логические модули, таким образом, могут стать меньше, что до сих пор было ограничено из-за повышенного нагрева современных компонентов.

До сих пор проблема заключалась в том, что передача информации в антиферромагнитных изоляторах работала только при низких температурах. Но кто захочет положить свой смартфон в морозильную камеру, чтобы пользоваться им? Физики из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) теперь смогли устранить этот недостаток вместе с экспериментаторами из лаборатории CNRS/Thales, CEA в Гренобле и Национальной лаборатории сильных полей во Франции, а также теоретиками из Центра квантовой спинтроники (QuSpin) в Норвежском университете науки и технологий. «Мы могли передавать и обрабатывать информацию в стандартном антиферромагнитном изоляторе при комнатной температуре, и делать это на достаточно больших расстояниях, чтобы можно было обрабатывать информацию», - сказал ученый из JGU Эндрю Росс (Andrew Ross). Исследователи использовали оксид железа (α-Fe2O3), основной компонент ржавчины, в качестве антиферромагнитного изолятора, поскольку оксид железа широко распространен и прост в производстве.

Передача информации в магнитных изоляторах стала возможной благодаря возбуждениям магнитного порядка, известным как магноны. Они движутся как волны через магнитные материалы, подобно тому, как волны движутся по водной поверхности пруда после того, как в него был брошен камень. Ранее считалось, что эти волны должны иметь круговую поляризацию, чтобы эффективно передавать информацию. В оксиде железа такая круговая поляризация возникает только при низких температурах. Однако международная исследовательская группа смогла передать магноны на исключительно большие расстояния даже при комнатной температуре. Но как это работает? «Мы поняли, что в антиферромагнетиках с одной плоскостью два магнона с линейной поляризацией могут перекрываться и мигрировать вместе. Они дополняют друг друга, образуя примерно круговую поляризацию, - пояснил д-р Ромен Лебрен (Romain Lebrun), исследователь совместной лаборатории CNRS/Thales в Париже. - Возможность использования оксида железа при комнатной температуре делает его идеальной площадкой для разработки сверхбыстрых устройств спинтроники на основе антиферромагнитных изоляторов».

Важный вопрос в процессе передачи информации - насколько быстро информация теряется при перемещении через магнитные материалы. Количественно это можно зафиксировать с помощью величины магнитного затухания. «Исследованный оксид железа имеет одно из самых низких значений магнитного затухания, которое когда-либо регистрировалось в магнитных материалах, - пояснил профессор Матиас Кляуи (Mathias Kläui) из Института физики JGU. - Мы ожидаем, что методы сильного магнитного поля покажут, что другие антиферромагнитные материалы имеют такое же низкое затухание, что имеет решающее значение для разработки спинтронных устройств нового поколения. Мы разрабатываем такие маломощные магнитные технологии в долгосрочном сотрудничестве с нашими коллегами в QuSpin в Норвегии, и я рад видеть, что в результате этого сотрудничества появилась еще одна захватывающая работа».

Более быстрая и эффективная передача информации

Электрический ток возбуждает суперпозицию двух магнонов с линейной поляризацией (указано красными и синими стрелками). Впоследствии энергия переносится через антиферромагнитный изолятор. Это можно определить по электрическому напряжению

Открытие предлагает новые возможности для некремниевых транзисторов

На протяжении десятилетий один материал настолько доминировал в производстве компьютерных чипов и транзисторов, что мировая технологическая столица - Кремниевая долина - носит его имя. Но правление кремния не может длиться вечно.

Исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) обнаружили, что сплав под названием InGaAs (арсенид индия-галлия) может обладать потенциалом для создания более компактных и более энергоэффективных транзисторов. Ранее исследователи считали, что производительность транзисторов InGaAs ухудшается при небольших масштабах. Но новое исследование показывает, что это видимое ухудшение не является внутренним свойством самого материала.

Это открытие может однажды помочь вывести вычислительную мощность и эффективность за пределы возможностей кремния. «Мы очень взволнованы, - сказала Сяовей Цай (Xiaowei Cai), ведущий автор исследования. - Мы надеемся, что этот результат побудит сообщество продолжить изучение использования InGaAs в качестве материала канала для транзисторов».

Цай, теперь работающая в Analog Devices, завершила исследование в качестве аспиранта в лабораториях технологий микросистем МТИ и на факультете электротехники и информатики (EECS) с проф. Хесусом дель Аламо (Jesús del Alamo).

Транзисторы - это строительные блоки компьютера. Один ноутбук может содержать миллиарды транзисторов. Для повышения вычислительной мощности в будущем, как это было на протяжении десятилетий, инженерам-электрикам придется разработать более компактные транзисторы с более плотной упаковкой. На сегодняшний день кремний является предпочтительным полупроводниковым материалом для транзисторов. Но InGaAs намекает, что может стать потенциальным конкурентом.

Электроны могут легко течь через InGaAs даже при низком напряжении. «Известно, что этот материал обладает отличными [электронными] транспортными свойствами», - говорит Цай. Транзисторы InGaAs могут быстро обрабатывать сигналы, что потенциально приводит к более быстрым вычислениям. Кроме того, транзисторы InGaAs могут работать при относительно низком напряжении, что означает, что они могут повысить энергоэффективность компьютера. Так что InGaAs может оказаться многообещающим материалом для компьютерных транзисторов. Но есть загвоздка.

Благоприятные свойства электронного транспорта в InGaAs, похоже, ухудшаются в малых масштабах - масштабах, необходимых для создания более быстрых и плотных компьютерных процессоров. Эта проблема привела некоторых исследователей к выводу, что наноразмерные транзисторы InGaAs просто не подходят для этой задачи. Но, говорит Цай, «мы обнаружили, что это заблуждение».

Команда нашла, что небольшие проблемы с производительностью InGaAs частично связаны с улавливанием оксидов. Это явление заставляет электроны застревать при попытке пройти через транзистор. «Транзистор должен работать как переключатель. Вы должны иметь возможность включать напряжение и иметь большой ток, - говорит Цай. - Но если у вас есть захваченные электроны, происходит то, что когда вы включаете напряжение, но у вас есть только очень малый ток в канале. Так что коммутационная способность намного ниже, когда у вас есть захват оксида».

Команда Цай определила причину захвата оксидов, изучив частотную характеристику транзистора - скорость, с которой электрические импульсы проходят через транзистор. На низких частотах производительность наноразмерных транзисторов InGaAs ухудшилась. Но на частотах 1 ГГц и выше они работали нормально - улавливание оксидов больше не было помехой. «Когда мы использовали эти устройства на очень высокой частоте, мы заметили, что производительность действительно хорошая, - говорит она. - Они конкурентоспособны с кремниевой технологией».

Цай надеется, что открытие ее команды даст исследователям новую причину для разработки компьютерных транзисторов на основе InGaAs. Работа показывает, что проблема, которую необходимо решить, заключается не в самом транзисторе InGaAs. Это проблема улавливания оксидов. «Мы считаем, что это проблема, которую можно решить или спроектировать», - говорит она. И добавляет, что InGaAs показал себя многообещающим как в классических, так и в квантовых вычислительных приложениях.

Открытие предлагает новые возможности для некремниевых транзисторов

Самый маленький магнитный туннельный переход

Исследовательская группа из Университета Тохоку во главе с нынешним президентом Хидео Оно (Hideo Ohno) разработала самые маленькие в мире (2,3 нм) высокопроизводительные магнитные туннельные переходы (MTJ). Ожидается, что эта работа ускорит продвижение энергонезависимой памяти сверхвысокой плотности, малой мощности и высокой производительности для различных приложений, таких как IoT, ИИ и автомобили.

Разработка STT-MRAM (Spin-Transfer Torque MRAM, запись данных с помощью переноса спинового момента) - энергонезависимой спинтронной памяти - поможет снизить растущее энергопотребление при масштабировании полупроводниковых устройств. Решающее значение для интеграции STT-MRAM в усовершенствованные интегральные схемы имеет масштабирование магнитного туннельного перехода - основного компонента STT-MRAM - при одновременном улучшении его производительности при хранении данных и операциях записи.

MTJ с анизотропией формы, предложенный той же группой в 2018 году, показал уменьшение MTJ до единиц нанометров при достижении достаточных свойств сохранения данных (термостабильности). В MTJ с анизотропией формы термическая стабильность повышается за счет увеличения толщины ферромагнитного слоя. Однако когда толщина превышает определенный предел, надежность устройства снижается.

Чтобы решить проблему с традиционным MTJ с анизотропией формы с единой ферромагнитной структурой, группа использовала новую структуру, в которой используются магнитостатически связанные многослойные ферромагнетики. Разработанные MTJ были успешно уменьшены до диаметра 2,3 нм - самого маленького размера MTJ в мире. Они также продемонстрировали высокие характеристики удержания данных при температуре до 200° C и высокую скорость записи при низком напряжении - до 10 нс при напряжении ниже 1 В в масштабе единиц нанометра.
«Производительность доказывает способность разработанных MTJ работать с передовыми интегральными схемами будущего поколения, - сказал Буцурин Джиннаи (Butsurin Jinnai), первый автор исследования. - Благодаря совместимости материалов со стандартной системой материалов MTJ, CoFeB/MgO, предлагаемая структура MTJ может быть легко адаптирована к существующей технологии MTJ». Группа считает, что это ускорит разработку маломощной и высокопроизводительной памяти сверхвысокой плотности для различных приложений, таких как IoT, ИИ и автомобили.

Самый маленький магнитный туннельный переход

Самый маленький в мире высокопроизводительный магнитный туннельный переход

Стеклянный чип для связи с низкими потерями в кремниевой фотонике

OptoCplrLT, разработанный Optoscribe в Шотландии, использует технику высокоскоростной лазерной записи для создания изогнутых зеркал в стеклянном чипе для направления света на кремниевые фотонные решетки или от них.

Компания Optoscribe в Шотландии выпустила монолитный стеклянный чип для связи с кремниевыми фотонными решетками (SiPh) с низкими потерями.

OptoCplrLT разработан для решения проблем подключения стеклянных волокон к фотонным интегральным схемам (PIC) SiPh, чтобы обеспечить автоматическую сборку в больших объемах и снизить затраты. Стеклянный чип создается с помощью запатентованной технологии высокоскоростной лазерной записи Optoscribe. Она формирует изогнутые зеркала с низкими потерями света в стекле, которые направляют свет на элементы связи SiPh-решеток или от них. Это предотвращает потребность в устойчивых к изгибу волокон, которые могут быть дорогими.

Чтобы уменьшить общий размер волоконно-оптических систем, OptoCplrLT имеет низкопрофильный интерфейс высотой менее 1,5 мм для компактной компоновки интерфейсов. Он также совместим со стандартными в отрасли материалами и процессами. Например, стеклянный чип имеет коэффициент теплового расширения, соответствующий кремниевому чипу, что помогает максимизировать производительность.

«Поскольку операторы ЦОД и производители приемопередатчиков ищут инновационные решения для преодоления проблем соединения оптоволокна с SiPh PIC, мы рады представить OptoCplrLT, чтобы помочь удовлетворить рыночные требования к производительности, стоимости и объему, а также помочь преодолеть ряд препятствий, включающих упаковку и интеграцию приемопередатчиков SiPh», - сказал Рассел Чайлдс (Russell Childs), генеральный директор Optoscribe.

Компания была выделена из Университета Хериот-Ватт в 2010 году для коммерциализации процесса лазерной записи для приложений передачи данных и телекоммуникаций. Она собрала 8,2 миллиона фунтов стерлингов и произвела прецизионные матрицы для выравнивания волокон, межкомпонентные соединения между волокнами и разветвления для многожильных волокон, а также SiPh-соединения и оптические узлы.

Стеклянный чип для связи с низкими потерями в кремниевой фотонике

Электрическая фильтрация спинов - ключ к сверхбыстрой и энергоэффективной спинтронике

Фильтрация спинов может стать ключом к более быстрому и более энергоэффективному переключению в будущей спинтронной технологии, позволяя обнаруживать спин с помощью электрических, а не магнитных средств.

В статье UNSW, опубликованной в прошлом месяце, демонстрируется обнаружение спинов с использованием спинового фильтра для разделения ориентации спинов в соответствии с их энергиями.

Сверхбыстрые спинтронные устройства со сверхнизким энергопотреблением - это захватывающая технология, выходящая за рамки КМОП.

Возникающая область спинтронных устройств использует дополнительную степень свободы, обеспечиваемую квантовым спином частиц, в дополнение к его заряду, что позволяет проводить сверхбыстрые вычисления со сверхнизкой энергией.

Ключевым моментом является способность генерировать и обнаруживать вращение по мере его накопления на поверхности материала.

Целью исследователей является генерирование и обнаружение спина с помощью электрических, а не магнитных средств, потому что электрические поля гораздо менее энергозатратные, чем магнитные поля.
Энергоэффективная спинтроника зависит как от генерации, так и от обнаружения спина электрическими средствами.

В полупроводниковых системах с сильной спин-орбитальной связью полностью электрическая генерация спина уже успешно продемонстрирована.

Однако для обнаружения преобразования спина в заряд всегда требовался широкий диапазон магнитных полей, что ограничивало скорость и практичность.

В этом новом исследовании ученые из UNSW использовали нелинейные взаимодействия между накоплением спина и токами заряда в дырках из арсенида галлия, демонстрируя полностью электрическое преобразование спина в заряд без необходимости использования магнитного поля.

«Наша методика обещает новые возможности для быстрого обнаружения спина в самых разных материалах без использования магнитного поля», - объясняет ведущий автор д-р Элизабет Марчеллина (Elizabeth Marcellina).

Ранее создание и обнаружение накопления спинов в полупроводниках достигалось с помощью оптических методов или с помощью пары спиновый эффект Холла—обратный спиновый эффект Холла.

Однако эти методы требуют большой длины спиновой диффузии, а это означает, что они не применимы к материалам с сильной спин-орбитальной связью с короткой спиновой диффузионной длиной.

В исследовании UNSW представлен новый метод обнаружения накопления спинов - использование спинового фильтра, который разделяет разные ориентации спинов в зависимости от их энергии.
Как правило, спиновые фильтры основаны на приложении сильных магнитных полей, что непрактично и может мешать накоплению спина.

Вместо этого команда UNSW использовала нелинейные взаимодействия между накоплением спина и зарядом, которые облегчают преобразование накопления спина в токи заряда даже при нулевом магнитном поле.

«Используя баллистические мезоскопические дырки из арсенида галлия в качестве модельной системы для материалов с сильной спин-орбитальной связью, мы продемонстрировали нелинейное преобразование спина в заряд, которое является полностью электрическим и не требует магнитного поля», - говорит автор-корреспондент проф. Дими Калсер (Dimi Culcer) из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW).

«Мы показали, что нелинейное преобразование спина в заряд полностью согласуется с данными, полученными в результате измерений линейного отклика, и происходит на порядки быстрее», - говорит автор-корреспондент проф. Алекс Гамильтон (Alex Hamilton), также из UNSW.

Поскольку нелинейный метод не требует магнитного поля или большой длины спиновой диффузии, он обещает новые возможности для быстрого обнаружения накопления спинов в сильновзаимодействующих спин-орбитальных материалах с короткими спиновыми диффузионными длинами, таких как TMDC (Transition metal dichalcogenide monolayers) и топологические материалы.

Наконец, скорость нелинейного преобразования спина в заряд может обеспечить возможность считывания с временным разрешением накопления спина с разрешением до 1 наносекунды.

Электрическая фильтрация спинов - ключ к сверхбыстрой и энергоэффективной спинтронике

Ведущий автор д-р Элизабет Марчеллина - физик-теоретик и экспериментатор

Что сейчас в фокусе CTO AWS

Технический директор Amazon Вернер Фогельс (Werner Vogels) в своем выступлении на конференции AWS re:Invent сделал ряд прогнозов в отношении новых направлений развития облака.

Его виртуальный доклад затронул ряд тем, включая новые облачные инструменты для разработчиков и акцент на операционной прозрачности.

В частности он остановился на уроках, полученных в результате воздействия глобальной пандемии. Одним из них была разработка студентов-инженеров из Миланского политехнического университета. Наблюдая длинные очереди в итальянских супермаркетах во время локдауна в марте, они быстро разработали краудсорсинговое приложение, которое направляло местных жителей в нестоль загруженные магазины поблизости.

«Эти приложения разрабатывались не за два-три месяца, а за считанные дни, - отметил Фогельс во время своего выступления в четверг. - Все дело в скорости».

Фогельс также был впечатлен тем, как пандемия меняла образовательные платформы. В качестве примера он привел данные польского стартапа Brainly, который объявил, что использование виртуальной платформы краудсорсинга для обучения выросло со 150 млн. пользователей до пандемии до 350 млн. сегодня.

«Большая часть образования переехала в онлайн, - отметил он. - И это не покинет нас в ближайшее время. Это определенно та область, в которой мы увидим множество инноваций».

По словам Фогельса, технологии также могут влиять на сообщества по всему миру. Однако для этого потребуется больше внимания уделять интерфейсам человек-машина – они сделают технологии более доступными. Это говорит о продолжающемся росте интереса к диалоговым инструментам - тенденции, отмеченной AWS в начале декабря, когда она анонсировала набор новых решений для распознавания голоса.

"Технологии должны быть доступны не только для нас, цифровых знатоков, но и для всех, к примеру, для мелкого фермера из Индонезии" - сказал Фогельс.

Упоминание Фогельсом индонезийских фермеров не было случайным. Он действительно разговаривал с фермерами в Индонезии. Технический директор Amazon ведет новую серию видео под названием «Now Go Build», в которой он путешествует по Европе, Африке и Юго-Восточной Азии, исследуя, как люди решают некоторые из самых насущных проблем мира.

Помимо того, что Фогельс уделил особое внимание доступности технологий, он также поразмышлял в своем выступлении о том, в каком направлении они движутся. Две из таких областей, которые он выделил особо, были квантовые вычисления и аэрокосмическая промышленность.

Для помощи клиентам облачных вычислений, которые хотят экспериментировать с квантовыми алгоритмами, работающими на платформе AWS, компания в августе официально запустила свою службу квантовых вычислений Amazon Bracket. Кроме того, Amazon также разрабатывает собственный квантовый компьютер, для чего активно привлекает ученых-исследователей.

«В ближайшие год или два мы увидим, что среда разработки программного обеспечения резко изменится, - сказал Фогельс во время краткого обсуждения интереса AWS к квантовой сфере. - Это определенно та область, в которой AWS должна быть, потому что мы действительно хотим избавиться от тяжелой работы».

AWS особенно заинтересована в своем присутствия в аэрокосмической отрасли, чтобы использовать возможности в этом секторе. В июне компания открыла новый бизнес по производству аэрокосмических и спутниковых решений. Его возглавит Тереза Карлсон (Teresa Carlson), руководящая практикой AWS в государственном секторе.

Стратегия AWS в аэрокосмической сфере базируется на микроспутниках. Так, проект Kuiper Amazon предусматривает размещение около 3200 спутников на низкой орбите вокруг Земли для улучшения предоставления интернет-услуг. Ожидается также, что в ближайшие годы десятки тысяч спутников будут запущены другими компаниями. AWS уже построила шесть специализированных наземных станций по всему миру, которые будут использоваться для связи с орбитальными системами.

«Мы полностью демократизировали доступ к спутникам, - сказал Фогельс. - Это поможет людям во всем мире получить доступ к важнейшим цифровым услугам. Облако теперь побеждает в космосе». 

Новые направления развития облака

Вернер Фогель у модели квантового компьютера AWS

Мемристор на основе графена идеален для искусственных нейронных сетей

Резистивная память (мемристор) на основе графена, который может существовать во многих различных состояниях, была разработана и продемонстрирована Томасом Шрангхамером (Thomas Schranghamer), Аарьяном Оберой (Aaryan Oberoi) и Саптарши Дасом (Saptarshi Das) из Университета штата Пенсильвания в США.

Используя моделирование и эксперименты, команда показала, как это устройство может быть использовано для существенного повышения производительности искусственных нейронных сетей - систем, которые когда-нибудь могут составить конкуренцию обычным компьютерам и даже заменить их.

Несмотря на десятилетия неуклонного роста, достижения в области полупроводниковых технологий, используемых в цифровых вычислениях, демонстрируют явные признаки замедления. Чтобы удовлетворить растущий спрос на вычислительные мощности, исследователи разрабатывают новые технологии, имитирующие работу нейронов человеческого мозга, которые выполняют как хранение, так и обработку информации. Это потенциально может быть намного более эффективным, чем современные компьютерные архитектуры, которые требуют как времени, так и энергии для передачи данных между отдельными компонентами хранения и обработки.

В принципе, этого можно достичь с помощью искусственных нейронных сетей (ИНС), которые учатся выполнять задачи на примерах. ИНС - это сети искусственных нейронов, которые влияют друг на друга через синапсы. Сила влияния между нейронами называется синаптическим весом, который может изменяться в процессе обучения.

Одним из способов регулирования синаптического веса является использование мемристоров, представляющие собой зарождающиеся электронные устройства, которые существуют в состояниях проводимости/сопротивления, которые зависят от количества заряда, прошедшего через них. В идеале, мемристоры, используемые в ИНС, должны иметь большое количество состояний проводимости/сопротивления, но современные конструкции мемристоров имеют тенденцию быть бинарными, то есть они могут работать только с двумя состояниями.

Теперь Дас и его коллеги создали мемристор на основе графена, имеющий 16 проводящих состояний, которые можно надежно сохранять и считывать. «Мы показали, что можем с точностью управлять большим количеством состояний памяти, используя простые графеновые полевые транзисторы», - говорит Дас.

Команда также показала, что в отличие от фиксированных состояний в обычных мемристорах, состояния в устройствах на основе графена можно легко запрограммировать на произвольные значения проводимости. Эта гибкость может сделать их еще более ценными для создания ИНС. Наконец, команда продемонстрировала вычислительную технику для разумного присвоения значений синаптического веса, обеспечивающую уровни точности, необходимые для сложных ИНС.

Трио надеется, что их дизайн приведет к новым разработкам нейронных сетей с эффективным использованием пространства, высокой скорости и малой мощности, которые в будущем можно будет расширить для коммерческих приложений. Если они будут достигнуты, эти усилия вскоре могут привести к широкому использованию мемристоров на основе графена в новых технологиях, начиная от беспилотных автомобилей и заканчивая Интернетом вещей.

Мемристор на основе графена идеален для искусственных нейронных сетей

Художественная концепция запускающего синапса на основе мемристора из графена

Исследователи открывают новый способ обработки данных

Свойства синтезированных магнитов можно изменять и контролировать с помощью зарядовых токов, как это было предложено в исследовании и моделировании, проведенными физиками из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Центрального Южного Университета в Китае. В журнале Nature Communications команда сообщает о том, как магниты и магнитные сигналы могут быть более эффективно связаны и управляться электрическими полями. Это может привести к появлению новых, экологически безопасных концепций эффективного обмена данными и обработки данных.

Магниты используются для хранения больших объемов данных. Их также можно использовать для передачи и обработки сигналов, например, в устройствах спинтроники. Внешние магнитные поля используются для изменения данных или сигналов. У этого метода есть несколько недостатков. «Генерация магнитных полей, например, с помощью катушки с током, требует много энергии и относительно медленная, - говорит проф. Джамал Беракдар (Jamal Berakdar) из Института физики MLU. Электрические поля могут помочь. - Однако магниты очень слабо - если вообще - реагируют на электрические поля, поэтому так трудно контролировать магнитные данные с помощью электрического напряжения», - продолжает исследователь. Поэтому команда из Германии и Китая искала новый способ усилить реакцию магнетизма на электрические поля. «Мы хотели выяснить, по-разному ли уложенные друг на друга магнитные слои реагируют на электрические поля», - объясняет проф. Беракдар. Идея: слои могут служить в качестве каналов данных для сигналов на магнитной основе. Если металлический слой, например платина, вставлен между двумя магнитными слоями, ток, протекающий в нем, ослабляет магнитный сигнал в одном слое, но усиливает его в другом. Путем подробного анализа и моделирования команда смогла показать, что этим механизмом можно точно управлять, настраивая напряжение. Это управляет током и обеспечивает точное и эффективное электрическое управление магнитными сигналами. Кроме того, он может быть реализован в наномасштабе, что делает его интересным для приложений наноэлектроники.

Исследователи пошли еще дальше в своей работе. Они смогли показать, что новая конструкция также сильнее реагирует на свет или, в более общем плане, на электромагнитные волны. Это важно, если электромагнитные волны должны проходить через магнитные слои или если эти волны должны использоваться для управления магнитными сигналами. «Еще одна особенность нашей новой концепции заключается в том, что этот механизм работает для многих классов материалов, как показывают симуляции в реальных условиях», - говорит проф. Беракдар. Таким образом, полученные результаты могут помочь в разработке энергосберегающих и эффективных решений для передачи и обработки данных.

Синий фосфор. Как полупроводник становится металлом

Синий фосфор, атомарно тонкий синтетический полупроводник, становится металлическим, как только он превращается в двойной слой. Ученые описывают возможность создания наноразмерных высокоэффективных транзисторов, состоящих всего из одного элемента.

Химический элемент фосфор считается одним из важнейших элементов для жизни. Соединения фосфора глубоко вовлечены в структуру и функции организмов.

Фосфор существует в нескольких модификациях, которые имеют очень разные свойства. В нормальных условиях различают белый, фиолетовый, красный и черный фосфор. В 2014 году команда из Университета штата Мичиган, США, с помощью расчетов предсказала «синий фосфор», который удалось получить экспериментально два года спустя.

Синий фосфор - это так называемый двумерный (2D) материал. Благодаря своей однослойной сотовой структуре он напоминает, вероятно, самый известный 2D-материал - графен. По аналогии со своим знаменитым предшественником, он тогда еще назывался синим фосфорином. Этот новый полупроводниковый материал был с тех пор исследован как чрезвычайно многообещающий кандидат для оптоэлектронных устройств.

Дрезденский химик профессор Томас Хайне (Thomas Heine) в сотрудничестве с мексиканскими учеными сделал уникальное открытие: применив топологическую концепцию, они с помощью высокоточных расчетов на высокопроизводительных компьютерах идентифицировали удивительно стабильную двухслойную гнущуюся сотовую структуру из синего фосфора. Этот двухслойный состав чрезвычайно стабилен. Как неожиданно обнаружили ученые, он имеет металлические свойства из-за очень небольшого расстояния между двумя слоями.

Как и все компоненты, эти устройства должны получать питание, которое обычно поступает в материал через металлические электроды. На границе раздела металл-полупроводник неизбежны потери энергии - эффект, известный как барьер Шоттки. Синий фосфор является полупроводником в виде одинарного слоя, но предсказывается, что он будет металлическим в виде двойного слоя. Металлические 2D-материалы очень редки, и впервые был обнаружен чистый элементный материал, демонстрирующий переход полупроводник-металл из монослоя в двойной слой. Таким образом, электронный или оптоэлектронный компонент для использования в транзисторах или фотоэлементах может быть реализован только из одного химического элемента. Поскольку в этих устройствах нет границы раздела между полупроводником и металлом, барьер Шоттки значительно снижен, и можно ожидать более высокого КПД.

«Представьте, что вы кладете два слоя бумаги друг на друга, и внезапно двойной лист блестит металлически, как золотая фольга. Это именно то, что мы предсказываем для синего фосфора. Эта работа подчеркивает важность междисциплинарности в фундаментальных исследованиях. Использование тополого-математической модели и теоретической химии, мы смогли разработать новый материал с помощью компьютерного моделирования и предсказать его физические свойства. Ожидаются приложения в области нано- и оптоэлектроники», - объясняет профессор Хайне.

Как полупроводник становится металлом

Международная команда смоделировала двухслойную гнущуюся сотовую структуру из голубого фосфора с помощью высокоточных расчетов на высокопроизводительных компьютерах. Состав очень стабилен и из-за очень небольшого расстояния между двумя слоями имеет металлические свойства

Люминесцентное дерево может осветить дома будущего

Правильное внутреннее освещение может помочь создать настроение, от мягкого романтического свечения до ярких, стимулирующих цветов. Но некоторые материалы, используемые для освещения, например пластик, не являются экологически чистыми. Теперь исследователи из ACS Nano разработали люминесцентную водостойкую древесную пленку на биологической основе, которую когда-нибудь можно будет использовать в качестве покрытий для ламп, дисплеев и лазерных устройств.

Потребительский спрос на экологически чистые возобновляемые материалы побудил исследователей изучить тонкие пленки на основе древесины для применения в оптике. Однако многие материалы, разработанные к настоящему времени, имеют недостатки, такие как плохие механические свойства, неравномерное освещение, отсутствие водостойкости или необходимость в полимерной матрице на нефтяной основе. Цилян Фу (Qiliang Fu), Инго Бургерт (Ingo Burgert) и их коллеги хотели разработать люминесцентную деревянную пленку, которая могла бы преодолеть эти ограничения.

Исследователи обработали древесину бальзы раствором для удаления лигнина и примерно половины гемицеллюлозы, оставив после этого пористую основу. Затем команда пропитала делигнифицированную древесину раствором, содержащим квантовые точки - полупроводниковые наночастицы, которые светятся определенным цветом под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. После сжатия и высыхания исследователи нанесли гидрофобное покрытие. В результате получилась плотная водостойкая древесная пленка с превосходными механическими свойствами. Под ультрафиолетовым светом квантовые точки в древесине излучали и рассеивали оранжевый свет, который равномерно распределялся по поверхности пленки. Команда продемонстрировала способность люминесцентной панели освещать интерьер игрушечного домика. Исследователи говорят, что в древесную пленку можно включить различные типы квантовых точек для создания осветительных приборов разного цвета.

Люминесцентное дерево может осветить дома будущего

Под воздействием ультрафиолетового света снаружи люминесцентная деревянная панель (справа) освещает внутреннее пространство (если смотреть через «окна»; красные стрелки), тогда как нелюминесцентная панель (слева) - нет

 
 

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