Koniec z pożeraniem energii przez procesory? Fizycy znaleźli genialny trik z materiałami 2D!
Naukowcy z Królewskiego Instytutu Technologicznego w Sztokholmie wraz z międzynarodowym zespołem badawczym opracowali innowacyjny sposób przesyłania informacji w urządzeniach elektronicznych, który w przyszłości może znacząco zmniejszyć zużycie energii przez komputery, smartfony i inne systemy cyfrowe.
Zamiast wykorzystywać przepływ prądu elektrycznego, badacze proponują przesyłanie danych za pomocą sygnałów magnetycznych powstających wewnątrz specjalnie zaprojektowanych materiałów.
To ważny kierunek badań, ponieważ współczesna elektronika coraz bardziej zbliża się do swoich fizycznych ograniczeń. Obecne układy działają dzięki przepływowi elektronów, co nieuchronnie prowadzi do wydzielania ciepła i strat energii. Problem ten staje się szczególnie istotny przy miniaturyzacji urządzeń i rosnącym zapotrzebowaniu na moc obliczeniową, zwłaszcza w centrach danych, sztucznej inteligencji czy urządzeniach mobilnych. Badacze skupili się na rozwijanej od kilku lat dziedzinie zwanej spintroniką. Jej celem jest wykorzystanie właściwości magnetycznych elektronów zamiast samego przepływu ładunku elektrycznego. W praktyce oznacza to możliwość przesyłania informacji przy znacznie mniejszych stratach energii. Szczególną rolę odgrywają tutaj magnony, czyli fale magnetyczne przenoszące sygnały bez konieczności przemieszczania elektronów przez cały układ.
Naukowcy pokazali teraz prostsze rozwiązanie
Dotychczas problemem było jednak precyzyjne kontrolowanie takich sygnałów. W wielu wcześniejszych rozwiązaniach wymagało to stosowania silnych pól magnetycznych lub skomplikowanych struktur materiałowych, co utrudniało praktyczne wykorzystanie technologii. Naukowcy pokazali teraz prostsze rozwiązanie. W swoich badaniach wykorzystali ultracienkie materiały magnetyczne zbudowane z dwóch warstw atomowych. Okazało się, że już samo niewielkie skręcenie jednej warstwy względem drugiej zmienia wewnętrzne właściwości materiału w taki sposób, że sygnały magnetyczne mogą być naturalnie rozdzielane i kierowane bez użycia dodatkowych pól magnetycznych.
Badania oparto na zaawansowanych symulacjach komputerowych dotyczących tzw. materiałów van der Waalsa. Dzięki precyzyjnemu modelowaniu udało się wykazać, że odpowiednio zaprojektowana struktura materiału może samodzielnie sterować przepływem informacji magnetycznej. To ważny krok, ponieważ pokazuje możliwość tworzenia bardziej energooszczędnych układów elektronicznych bez konieczności stosowania rzadkich lub toksycznych pierwiastków. Znaczenie tych badań wykracza poza samą fizykę materiałową. W przyszłości podobne rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w nowoczesnych procesorach, pamięciach komputerowych czy urządzeniach mobilnych, gdzie ograniczenie zużycia energii i wydzielania ciepła jest jednym z największych wyzwań technologicznych. Rozwijane technologie mogą również wspierać dalszy rozwój sztucznej inteligencji oraz infrastruktury obliczeniowej wymagającej ogromnej mocy przy możliwie niskim poborze energii.
Szwedzkie badania stanowią ważny dowód na to, że informacje mogą być przesyłane i kontrolowane w zupełnie nowy sposób – za pomocą odpowiednio zaprojektowanych właściwości materiałów. To otwiera drogę do rozwoju przyszłej elektroniki, która będzie szybsza, bardziej energooszczędna i mniej obciążająca środowisko.
Źródło: Królewski Instytut Technologiczny w Sztokholmie
Czytaj też: Niezwykłe odkrycie astronomów. Dysk Drogi Mlecznej mógł się kiedyś dosłownie odwrócić!
Grafika tytułowa: ColiN00B / Pixabay
