下一代节能计算机研究获突破：更快自旋波催生新型磁振子计算机

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下一代节能计算机研究获突破：更快自旋波催生新型磁振子计算机

2023-08-24 13:47:02 来源：科技日报

(资料图片)

世界各地的科学家正在努力寻找当前电子计算技术的替代方案，而磁学领域正在出现一种新的信息传输方式：磁介质中产生的波可代替电子交换用于传输，但迄今为止，计算速度仍太慢。奥地利维也纳大学科学家发现了一种新方法，能让自旋波变得更短且更快。该发现是迈向磁振子计算的重要一步，研究成果发表在最新的《科学进展》上。

磁振子学是一个较新的研究领域。磁体磁序中的局部扰动可作为波在材料中传播，这些波称为自旋波，相关的准粒子称为磁振子。它们以角动量脉冲的形式携带信息。由于这一特性，它们可用作未来更小、更节能的计算机中的低功耗数据载体。磁振子学的主要挑战是波长——波长越大，基于磁振子的数据处理单元就越慢。迄今为止，只能通过非常复杂的混合结构或同步加速器来缩短波长。

研究团队此次发现，当增加强度时，自旋波就会变得更短、更快，这是磁振子计算产生突破的方法。他们比喻说，就像改变光的波长，其颜色就会改变，但如果改变强度，就会改变光度。鉴于此，团队通过改变自旋波强度激发出了更短、更好的自旋波。

该系统目前激发的波长约为200纳米。根据数值模拟，还能激发更短的波长。

值得一提的是，新系统表现出了一种“自锁非线性位移”，这意味着激发的自旋波的振幅是恒定的，该特性与集成电路密切相关，因为它允许不同的磁性元件以相同的幅度一起工作，这对于人类构建更复杂的系统和实现基于磁振子的计算机都至关重要。

图源：维也纳大学官网

电子终端的能耗问题就像“房间里的大象”，是显而易见的：数据中心的能耗大大增加了其运营成本，也对能源供应提出挑战；手机、电脑耗能过快，使我们在日常生活中深受“续航焦虑”的折磨。开发更加节能的电子终端势在必行，而这绕不开一个关键问题——芯片的能耗。目前科学家正在从多种途径寻求破解之方，包括开发二维材料芯片、类脑芯片等等。利用磁学原理开发磁集成电路则为解决电子终端能耗问题提供了新思路。

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