Logica en geheugenapparaten, zoals de harde schijven in computers, gebruiken nu nanomagnetische mechanismen om informatie op te slaan en te manipuleren. In tegenstelling tot siliciumtransistors, die fundamentele efficiëntiebeperkingen hebben, ze hebben geen energie nodig om hun magnetische toestand te behouden:energie is alleen nodig voor het lezen en schrijven van informatie.

Een methode om magnetisme te beheersen, maakt gebruik van elektrische stroom die spin transporteert om informatie te schrijven, maar meestal gaat het om stromende lading. Omdat dit warmte- en energieverlies oplevert, de kosten kunnen enorm zijn, met name in het geval van grote serverfarms of in toepassingen zoals kunstmatige intelligentie, die enorme hoeveelheden geheugen vereisen. draaien, echter, kan zonder lading worden getransporteerd met behulp van een topologische isolator - een materiaal waarvan de binnenkant isoleert maar dat de stroom van elektronen op het oppervlak kan ondersteunen.

In een nieuw verschenen Fysieke beoordeling toegepast papier, onderzoekers van de New York University introduceren een spanningsgestuurde topologische spinschakelaar (vTOPSS) die alleen elektrische velden vereist, in plaats van stromingen, om te schakelen tussen twee Booleaanse logische toestanden, waardoor de opgewekte warmte en het energieverbruik aanzienlijk worden verminderd. Het team bestaat uit Shaloo Rakheja, een assistent-professor elektrische en computertechniek aan de NYU Tandon School of Engineering, en Andrew D. Kent, een NYU-hoogleraar natuurkunde en directeur van het University's Centre for Quantum Phenomena, langs Michael E. Flatté, een professor aan de Universiteit van Iowa.

Rakheja gebruikt een eenvoudige analogie om de impact van het schakelen tussen twee toestanden effectiever uit te leggen. "Stel je voor dat je een recept aan het bereiden was en elke keer dat je een ingrediënt nodig had naar een andere kamer moest gaan voordat je terugkeerde naar de keuken om het toe te voegen, " zegt ze. "Het is net zo inefficiënt als de delen van de computerhardware die nodig zijn om een ​​berekening uit te voeren en de delen die nodig zijn om het op te slaan niet goed zijn geïntegreerd."

Terwijl heterostructurele apparaten zoals die van hen, samengesteld uit een magnetische isolator en een topologische isolator, zijn nog steeds iets langzamer dan siliciumtransistors, vTOPSS verhoogt de functionaliteit en mogelijkheden voor circuitontwerp, omdat het logica en niet-vluchtig geheugen heeft geïntegreerd. "Dit is uiteindelijk een kwestie van gebruikerservaring en toegevoegde functies, ' zegt Rakheja.

Omdat vTOPPS de afhankelijkheid van cloudgeheugen vermindert, het heeft ook het potentieel om computergebruik veiliger te maken, omdat hackers meer moeite zullen hebben om toegang te krijgen tot de hardware van een systeem. Volgende stappen omvatten verdere optimalisatie op materiaal- en ontwerpniveau om de schakelsnelheid te verbeteren, evenals het ontwikkelen van prototypes.