Угол 45° может стать ключом к сверхнизкому энергопотреблению: учёные нашли правило для наномагнитов

Учёные обнаружили, что поворот четырёх наномагнитов на определённый угол способен менять путь, по которому система переходит в стабильное состояние. Критической оказалась геометрическая граница около 45° — в этой области характер энергетической релаксации меняется с постепенного на прерывистый и наоборот. Результат может помочь при разработке вычислительных устройств на основе наномагнитов, которым требуется значительно меньше энергии, чем традиционной электронике.

Работу провела международная группа с участием специалистов Аргоннской национальной лаборатории и других научных организаций. Для эксперимента учёные использовали четыре наномагнита из пермаллоя, расположенные на квадратной решётке. Исследователи постепенно меняли их ориентацию и с помощью магнитно-силовой микроскопии наблюдали, в какие состояния система переходит после воздействия внешнего магнитного поля. Расчёты показали, что геометрия напрямую определяет энергетический ландшафт и вероятность получения конкретного конечного состояния.

Особый интерес представляет угол 45°. При его достижении происходит энергетический переход между двумя типами поведения магнитного кластера. При одной геометрии система движется к минимуму энергии последовательно, без энергетически невыгодного промежуточного состояния. При другой ей приходится проходить через более высокоэнергетическую конфигурацию, из-за чего конечный результат становится вероятностным. Экспериментальные данные подтвердили расчётную зависимость: изменение угла постепенно меняло долю кластеров, приходящих к разным магнитным состояниям.

Авторы считают, что полученный результат важен для проектирования искусственного спинового льда и наномагнитной логики. Вместо того чтобы управлять каждым магнитом отдельными сложными методами, инженеры смогут использовать геометрию самого кластера для настройки его энергетического поведения. Исследование пока не представляет готовый процессор, однако показывает физический принцип, который может использоваться при создании будущих вычислительных систем с крайне низким энергопотреблением.

Источник: interestingengineering