Концепт процессора будущего. © Getty Images / Westend61
Исследователи из Челябинского государственного университета (ЧелГУ) представили инновационный сплав, который может стать ключевым элементом для разработки микросхем нового поколения. Эти микросхемы будут использовать квантовые свойства электронов, что обещает значительный прирост производительности компьютеров. Результаты данного прорывного исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Как отмечают ученые ЧелГУ, современные вычислительные системы приближаются к своему технологическому пределу. Им все сложнее справляться с комплексными задачами, которые человеческий мозг решает без труда: мгновенное распознавание образов, глубокий анализ речи или прогнозирование непредсказуемых событий. Для дальнейшего прогресса требуются принципиально новые инженерные подходы.
«Одним из наиболее перспективных направлений, способных решить эту проблему, считается спинтроника. В отличие от традиционной электроники, где основой является заряд электрона, в устройствах спинтроники ключевую роль играет спин — врожденное квантовое свойство электрона, определяющее его магнитные характеристики», — прокомментировала Оксана Павлухина, доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ.
Оксана Павлухина пояснила, что если традиционный компьютер можно представить как систему водопроводных труб, где информация — это поток воды (электрический заряд), то спинтроника оперирует с «вращением» каждой отдельной «молекулы воды» (спином электрона). Такой подход позволяет создавать вычислительные устройства, которые работают значительно быстрее и при этом потребляют существенно меньше энергии.
Однако для создания подобных устройств необходимы специальные материалы, обладающие высоким уровнем спиновой поляризации. Этот показатель, как объяснили исследователи, определяет долю электронов в материале, спины которых ориентированы в одном направлении, что напрямую влияет на эффективность и стабильность работы будущего прибора.
В поисках таких материалов специалисты университета сосредоточились на перспективном классе соединений — сплавах Гейслера, известных своими уникальными магнитными свойствами. Они взяли за основу трехкомпонентные сплавы Гейслера с низкой спиновой поляризацией, которые ранее не имели практического применения в спинтронике, и изучили возможность создания на их базе четырехкомпонентных сплавов с улучшенными характеристиками.
Используя теорию функционала плотности, ученым удалось разработать новые сплавы с высоким уровнем спиновой поляризации. «Наши расчеты показали, что сплав, в котором галлий и мышьяк частично замещают друг друга, проявляет устойчивое полуметаллическое поведение со стопроцентной спиновой поляризацией», — отметила Павлухина.
Это фундаментальное исследование дает глубокое понимание того, как можно целенаправленно изменять состав сплавов для придания им необходимых свойств. В дальнейшем ученые планируют продолжить работу по поиску и разработке сплавов, которые станут основой для конструирования спинтронных устройств нового поколения.
Исследование проведено при финансовой поддержке в рамках государственного задания №075-00186-25-00.
