Спинтроника в 3D

(Апрель 2013)

Среди перспективных путей, сулящих дальнейший прогресс в микроэлектронике, чаще других технологий упоминают спинтронику и 3D-чипы. Ученые Кембриджа сумели объединить два этих направления в одной разработке.

5.3d-chip

Как с гордостью поведали недавно пиар-мастера Кембриджского университета, физиками из их лаборатории им. Кавендиша изготовлен «первый в мире трехмерный спинтронный микропроцессор». И будь это правдой – спору нет – уже сегодня наступил бы подлинный прорыв в области высоких инфотехнологий.

Но на самом деле, конечно же, реальные успехи ученых выглядят куда скромнее. Никакого спинтронного 3D-микропроцессора пока что нет и в помине, однако собственно разработка выглядит несомненно интересно. И вполне заслуживает того, чтобы познакомиться с ней поближе.

Читать «Спинтроника в 3D» далее

Спинтроника как предчувствие

(Март 2013)

О скором и неминуемом, похоже, пришествии этой чудесной технологии говорить начали еще в конце прошлого века. Но годы идут, а спинтронная революция все так же лишь маячит – словно горизонт – где-то там впереди. И лишь в последнее время как-то вдруг особо кучно пошли новости о действительно важных свершениях.

0-5.spintr_3

В течение одного лишь февраля 2013 в инфотехнологических СМИ набрался целый букет весьма примечательных новостных сообщений о достижениях в области спинтроники.

То есть о новой, принципиально иной разновидности электронных устройств, опирающихся в работе не на электрический заряд частиц-переносчиков, а на их спин – внутренне присущее частицам квантовое свойство, освоение которого сулит подлинную революцию в компьютерных технологиях.

Вот как, навскидку, выглядят лишь некоторые из последних известий спинтроники. Читать «Спинтроника как предчувствие» далее

Технологии будущего: топологические изоляторы

(Сентябрь 2012)

Совсем еще молодое, но уже очень горячее направление исследований в физике – «топологические изоляторы» – открывает новые захватывающие перспективы для развития электронных технологий. Попутно раскрывается и кое-что неожиданное о тайнах устройства вселенной…

Electrons-on-Topological-Insulators

Представлены к награде

Летом каждого года, строго в один и тот же день 8 августа в мировом сообществе физиков происходит очередное вручение престижной «цеховой» премии – медали Дирака.

Эта награда была учреждена в середине 1980-х годов Международным институтом теоретической физики в г. Триесте, Италия, и присуждается ученым-лауреатам на основе двух основных принципов: (а) за выдающийся теоретический вклад в развитие физической науки; (б) медали Дирака удостаиваются лишь те, кто прежде не получал других знаменитых наград, таких как Нобелевская премия, медаль Филдса, премия Вольфа.

(К счастью для медалистов, весьма почетная премия Дирака никак не препятствует получению в дальнейшем вышеперечисленных наград.)

Три последние медали, врученные 8 августа 2012 (день 110-й годовщины со дня рождения одного из главных основоположников квантовой физики П.А.М. Дирака), особо примечательны вот по какой причине.

В науке очень нечасто случается так, чтобы сугубо теоретически открытый физиками новый материал был почти сразу же обнаружен экспериментально и, более того, быстро нашел множество чрезвычайно перспективных применений в технологиях электроники и других практических приложениях.

Все нынешние лауреаты – Д. Холдейн, Ч. Кейн и Ш. Чжан (Duncan Haldane, Charles Kane, Shoucheng Zhang) – независимо друг от друга работают в разных университетах США над развитием квантовой теории конденсированного состояния вещества. А медали Дирака они удостоены как исследователи, существенно продвинувшие наше понимание весьма необычного типа материала, для которого теперь уже общепринятым стало название «топологический изолятор».

2012-dirac-medalists
Медалисты (слева направо): Shoucheng Zhang, Duncan Haldane, Charles Kane

Чтобы в общих чертах дать представление о необычности топологических изоляторов, достаточно перечислить их отличительные особенности.

Как можно понять уже из названия, материалы такого типа принято относить к изоляторам или, иначе, диэлектрикам либо полупроводникам, не пропускающим, вообще говоря, через себя электрический ток. Но за одним очень важным исключением – в своем тончайшем поверхностном слое этот материал проводит ток как металл (и даже лучше).

Для наглядности можно представлять себе топологический изолятор (ТИ) чем-то вроде куска дерева, покрытого сверху медью, только в данном случае речь идет не о двух веществах, а об образце одного и того же материала. Причем материала такого, в котором особое квантовое состояние электронов в поверхностном слое делает их не просто переносчиками тока, но «топологически защищенными» переносчиками.

В более доходчивых общечеловеческих словах это означает, что данные квантовые состояния электронов чрезвычайно стабильны – в отличие от обычных состояний частиц на поверхности, здесь они не могут быть разрушены загрязнениями, неоднородностями или другими несовершенствами материала.

Почему в характеристики состояния электронов привлекают раздел геометрии, именуемый топология, пояснить удобнее чуть позже.

Здесь же важно подчеркнуть, что топологические свойства этого материала могут устойчиво сохраняться вплоть до высоких температур. А это означает богатый потенциал ТИ для применения в самых разнообразных практических приложениях микроэлектроники и компьютерной техники – от очень быстрых, энергетически экономичных межсоединений, процессоров, памяти и вплоть до топологических квантовых компьютеров. Читать «Технологии будущего: топологические изоляторы» далее