سرعت هزار برابر: مگنون‌ها و عصر جدید محاسبات

تیمی از مهندسان در دانشگاه دلاور یک مدل نظری جدید را معرفی کردند که نشان می‌دهد امواج مغناطیسی ریزی به نام «مگنون» می‌توانند برای تولید سیگنال‌های الکتریکی قابل تشخیص استفاده شوند و این امر پتانسیل ایجاد تحولی عظیم در طراحی چیپ‌های کامپیوتری را دارد.

به گزارش سیلاد و به نقل از SciTechDaily، این پژوهش که در نشریه «مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم» (PNAS) منتشر شده، بر روی مواد آنتی‌فررومغناطیسی تمرکز دارد. برخلاف آهنرباهای معمولی که در آنها اسپین‌های الکترونی به صورت یکنواخت هم‌جهت می‌شوند، در این مواد اسپین‌ها به صورت متناوب (بالا و پایین) قرار دارند که یکدیگر را خنثی می‌کنند. اگرچه این ویژگی کنترل آنها را دشوار می‌سازد، اما برای رایانش بسیار جذاب هستند، زیرا مگنون‌ها در آنها با فرکانس‌های تراهرتز حرکت می‌کنند؛ سرعتی حدود هزار برابر بیشتر از مواد متداول.

در حال حاضر، چیپ‌های کامپیوتری متکی بر حرکت الکترون‌ها هستند که به دلیل مقاومت الکتریکی، گرما تولید کرده و انرژی را هدر می‌دهند. مگنون‌ها راه‌حلی ارائه می‌دهند؛ زیرا آنها اطلاعات را از طریق «امواج اسپین» و نه از طریق بار الکتریکی منتقل می‌کنند که منجر به کاهش چشمگیر اتلاف انرژی می‌شود.

با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته، محققان کشف کردند که مگنون‌های در حال حرکت می‌توانند یک قطبش الکتریکی ایجاد کنند که عملاً یک ولتاژ قابل اندازه‌گیری را به وجود می‌آورد. این یافته، چالش دیرینه‌ای درباره نحوه تشخیص و کنترل این امواج فوق‌سریع را حل می‌کند.

 

متیو داتی، نویسنده ارشد این پژوهش می‌گوید: «این نتایج پیش‌بینی می‌کنند که ما می‌توانیم مگنون‌ها را با اندازه‌گیری قطبش الکتریکی که ایجاد می‌کنند تشخیص دهیم. حتی هیجان‌انگیزتر این است که امکان استفاده از میدان‌های الکتریکی خارجی، از جمله میدان‌های نوری، برای کنترل حرکت مگنون‌ها وجود دارد.»

پیامدها برای الکترونیک
این پیشرفت، در را به روی چیپ‌های فوق‌سریع و کم‌مصرفی باز می‌کند که سیستم‌های مغناطیسی و الکتریکی را به صورت یکپارچه و بدون نقص با هم ترکیب می‌کنند. با جایگزینی سیم‌های متداول با کانال‌های مگنون، دستگاه‌های آینده می‌توانند اطلاعات را بسیار سریع‌تر ارسال کنند و در عین حال، مصرف انرژی و گرمایی که در حال حاضر مراکز داده هوش مصنوعی و محاسبات با عملکرد بالا را محدود می‌کند، به شدت کاهش دهند.