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节能自旋开关切换状态无需电流

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节能自旋开关切换状态无需电流
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  科技日报华盛顿 5 月 14 日电 (记者刘海英)美国纽约大学研究人员开发出一种电压控制的拓扑自旋开关(VTOPSS),只需要电场而不需要电流,就能在两种布尔逻辑状态之间切换。研究人员认为,这一新技术可大大减少能耗及产生的热量,比现有的自旋电子技术和 CMOS 技术更有竞争力,具有良好发展前景。

  现在的逻辑和存储设备,如计算机硬盘驱动器,通过纳米磁机制来存储和操纵信息,需要利用电流传输自旋信息,控制磁性,会产生热量及能量损失,从而增加运行成本。对于大型服务器或需要大量存储器的人工智能应用来说,这种能耗成本巨大。而 VTOPSS 利用拓扑绝缘体和低力矩磁性绝缘体组成的异质结构,可以在不带电的情况下传输自旋信息,进而降低能耗。

  研究人员在最新出版的《物理评论应用》杂志上对 VTOPSS 的工作原理、性能指标等情况做了介绍。基准测试结果显示,与现有的全自旋逻辑器件和电荷自旋逻辑器件相比,VTOPSS 的能耗低了 10—70 倍,能量延迟积低了 70—1700 倍。而随着材料性能的提高,VTOPSS 的能耗和能量延迟积甚至可以分别降到几阿托焦耳(1 阿托焦耳等于 10-18 焦耳)/比特和 10-28 焦耳/秒。与现有的 CMOS 技术相比,VTOPSS 技术同样颇具竞争力。研究表明,控制 CMOS 逻辑性能的互连问题对 VTOPSS 来说相对不那么重要,这意味着可以用高电阻材料来互连 VTOPSS 设备。

  研究人员指出,虽然 VTOPSS 这种异质结构器件仍比硅晶体管稍慢,但它集成了逻辑与非易失性内存,从而增加了功能和电路设计的可能性。此外,由于减少了对云内存的依赖,VTOPSS 让黑客更难以获得对系统硬件的访问权限,在保证计算安全性方面也更具潜力。

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