教育新闻网美国国家标准技术研究院(NIST)和麻省理工学院(MIT)的科学家们展示了一种在计算机处理芯片内制造开关的潜在新方法，从而使它们能够消耗更少的能量并散发出更少的热量。
该团队已经开发出一种实用的技术来控制磁振子，磁振子实质上是通过磁性材料传播并可以携带信息的波。为了将马农信号用于信息处理，需要一种开关机制，该机制可以控制马农信号通过设备的传输。
尽管其他实验室已经创建了携带和控制磁振子的系统，但该团队的方法带来了两个重要的突破：它的元件可以在硅上构建，而不是其他方法所要求的昂贵的昂贵衬底。它还在室温下有效运行，而不需要冷藏。由于这些和其他原因，计算机制造商可能更容易采用这种新方法。
NIST中子研究中心(NCNR)的物理学家Patrick Quarterman说：“这是构建新一代高效计算机技术的基础。“其他组织已经创建并控制了与计算机芯片集成度不高的材料中的磁振子，而我们的磁振子是建立在硅上的。对于工业界来说，这更可行。”
磁振子，也称为自旋波，将利用电子自旋的特性来传递信息。计算机芯片变得如此热的一个原因是，在常规电路中，电子从一个地方传播到另一个地方，并且它们的运动会产生热量。但是，磁振子会穿过一长串电子，这些电子本身并不需要传播。取而代之的是，每个电子的自旋方向(有点像一条箭头穿过旋转的陀螺轴延伸)会磁性影响行中下一电子的自旋方向。调节第一个电子的自旋会发出一圈自旋变化波，沿着弦线传播。因为电子本身不会移动，所以产生的热量要少得多。
由于电子弦从一个地方延伸到另一个地方，因此，磁振子可以沿着其行进携带信息。在基于磁振技术的芯片中，较大和较小的波高(振幅)可以表示1和0。而且由于波高可以逐渐变化，因此，磁振子可以表示介于1到0之间的值，从而使其具有比常规数字开关更大的功能。
尽管这些优点使基于磁振子的信息处理成为理论上的诱人想法，但到目前为止，大多数成功的结构都建立在位于layers镓镓石榴石基底之上而不是商业硅片之上的多层薄膜中。芯片是由制成的。这种“ GGG”材料的批量生产将非常昂贵。
“这是一个有趣的物理场，展示了基本原理，” Quarterman说，“但对于工业规模的生产而言，这是不实际的。”
但是，麻省理工学院的Yabin Fan和他的同事使用了一种创新的工程方法，将薄膜层叠在硅基底上。他们的目标是在计算机行业长期以来习惯使用的材料之上构建他们的系统，从而使磁振子可以与传统计算机技术进行交互。
最初，它们的多层创建行为不像预期的那样，但是NCNR的科学家使用了一种称为中子反射法的技术来探索设备内的磁行为。中子揭示了两个薄膜层之间出乎意料但有利的相互作用：根据施加的磁场量，材料以不同的方式对自身进行排序，这些方式可以表示开关的“开”或“关”状态以及位置在开和关之间-使其类似于阀门。
麻省理工学院电气工程系的博士后研究员范说：“随着磁场的降低，方向就会改变。”“数据非常清晰，向我们展示了在不同深度发生的情况。各层之间存在非常强的耦合。”
该磁振子开关会发现在做其他类型的计算以及的设备上使用。常规数字开关只能在开或关状态下存在，但是由于自旋波的振幅可以从小到大逐渐变化，因此磁振子可以用于模拟计算应用中，其中开关的值介于0和0之间。和1。
“这就是为什么我们认为这更像是一个阀门，” Quarterman说。“您可以一次打开或关闭它。”
