Геометрия вместо тока. Американские ученые открыли принцип создания энергоэффективной электроники

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили фундаментальное геометрическое правило, позволяющее управлять движением энергии в наномагнитных системах.

Это открытие может лечь в основу разработки надежных вычислительных систем со сверхнизким уровнем энергопотребления.

Современная электроника опирается на миллиарды микроскопических переключателей, потребляющих электроэнергию при каждом переключении. В поисках более эффективной альтернативы физики исследовали, как кластеры наномагнитов релаксируют к своему наиболее стабильному состоянию.

Под руководством специалиста по материаловедению Хану Аравы ученые изучили поведение четырех наномагнитов, размещенных на квадратной пластине. В ходе эксперимента исследователи изменяли угол расположения элементов — от конфигурации в форме греческого креста до квадрата — и измеряли пути релаксации энергии с помощью магнитно-силовой микроскопии.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Communications Materials, показали, что геометрия расположения намагнитов единолично определяет, будет ли система переходить в стабильное состояние предсказуемо или по вероятностному сценарию. Изменение угла поворота магнитов позволяет точно настраивать процесс переноса энергии без дополнительных энергозатрат.

Ученые сравнивают этот процесс с мячом, скатывающимся с горы по кратчайшему пути к точке минимальной потенциальной энергии. Хотя в эксперименте использовались всего четыре наномагнита, выявленный принцип легко масштабируется.

Объединение тысяч подобных кластеров в более крупные системы позволит инженерам проектировать принципиально новые вычислительные устройства, работающие с минимальными потерями энергии.