Wetenschappers van de Far Eastern Federal University (FEFU, Vladivostok, Rusland) hebben samen met collega's van de Chinese Academie van Wetenschappen (Beijing) een met platina gecoate platina-kobalt-magnesiumoxide-microstructuur ontworpen die in staat is om in driewaardige logische modus te werken (waar/onwaar/weet niet). Het maakt de weg vrij voor het bouwen van nieuwe elektronische en spintronische apparaten, qutrit-quantumprocessors (drie posities in plaats van twee van qubits), en neuromorfe systemen die menselijke hersenactiviteit imiteren. Een gerelateerd artikel is gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast .

Hedendaagse computerprocessors verbruiken veel energie, vertegenwoordigen verschillende compartimenten met geheugencellen, en hun werkzaamheid wordt beperkt door tweewaardige logica (waar/onwaar). Deze drie obstakels belemmeren de verdere ontwikkeling van computerapparatuur op weg naar miniaturisatie en snelle prestaties.

Binnen een gezamenlijk project van de Russische Stichting voor Basisonderzoek (RFBR) en de Chinese Academie van Wetenschappen, wetenschappers van de School of Natural Sciences, FEFU, een kruisvormige microstructuur ontwikkeld bestaande uit nanometerlagen platina, kobalt (slechts 0,8 nm), magnesium oxide, en een deklaag van platina.

De structuur kan een enkel platform zijn dat tegelijkertijd als processor en geheugenchip werkt. Deze functie kan bijdragen aan de miniaturisering van apparaten die op het platform zijn geïmplementeerd. Het zou kunnen worden toegepast in elektronische en spintronische apparaten die werken op de driewaardige logica, inclusief qutrit-quantumprocessors (systeem met drie niveaus in plaats van qubits met twee niveaus), en neuromorfe systemen die de functionaliteit van het menselijk brein nabootsen.

"Door een bepaalde opeenvolging van lagen en omschakeling van de elektronenspins in de onderste platinalaag, we zijn in staat om drie magnetische toestanden in de kobaltlaag effectief te beheersen. Deze toestanden komen overeen met de driewaardige logische modi die -1 zijn, 1 en 0 of waar, vals, weet niet, in termen van reguliere taal. Driewaardige logica (de logica van Aristoteles) is veel beter dan binaire, Booleaanse logica (0/1). De principes vormen de basis voor intelligente computers in de nabije toekomst. Deze nieuwe apparaten zullen hogere prestaties leveren, langere levensduur, en een lager energieverbruik in vergelijking met apparaten die op andere principes zijn gebouwd, " zei Alexander Samardak, projectmanager van Russische zijde, universitair hoofddocent computersystemen aan de FEFU School of Natural Sciences.

Om de spinstroom te verkrijgen en de kobaltlaag te beïnvloeden, de wetenschappers pasten twee kruisstromen en een magnetisch veld in het vlak toe om de magnetische symmetrie te verschuiven. Tegelijkertijd, ze induceerden een stroom met een korte impuls die door de onderste laag platina ging. Als resultaat, de spins van elektronen met verschillende polariteit (gericht "omhoog" en "omlaag, " overeenkomend met de modi 1 en 0) gedraaid naar tegenoverliggende oppervlakken van de platinalaag, het produceren van een pure spinstroom die de spins van de elektronen van de magnetische laag beïnvloedde. Onder bepaalde omstandigheden, spins van de kobaltlaag werden verwisseld. Het betekende dat de cel analoog overschakelde van 0 naar 1.

Door stroompulsen, die door twee andere orthogonaal (loodrecht) geplaatste contacten werden gevoerd, het was mogelijk om verschillende magnetische toestanden in de kobaltlaag te regelen, waardoor verschillende toestanden van de driewaardige logica worden geïmplementeerd. Het bleek dat dergelijke orthogonale stromen lager kunnen zijn, en er was een mogelijkheid om andere tussenliggende stabiele magnetische toestanden in de gelaagde structuur te beheersen, wat belangrijk is voor de ontwikkeling van neuromorfe apparaten. Bovendien, logische bewerkingen als AND, OF, NIET-EN en NIET-OF kunnen in de structuur worden opgeroepen door middel van een bepaalde reeks kruisstromen. Het is een meer verfijnde en elegante benadering dan een reeks halfgeleiderpoorten (transistoren, weerstanden, diodes) die momenteel worden gebruikt.

Alexander Samardak legde uit dat in de onderzoekspaper, de wetenschappers gaven slechts het topje van de ijsberg aan, en verder onderzoek is nodig om echte spintronische apparaten en neuromorfe systemen te bereiken die werken op driewaardige logica.

Eerst, het is noodzakelijk om af te komen van het constante magnetische veld dat wordt toegepast om magnetische symmetrie te schakelen. Ten tweede, het is noodzakelijk om de celgrootte te verkleinen tot 100-200 nm om een ​​hoge dichtheid van de elementen op de chip te realiseren. Ten derde, het is noodzakelijk om een ​​nauwkeurige aflezing van verschillende toestanden van de magnetische laag te leveren, waarvoor zeer gevoelige sensoren nodig zijn op basis van het effect van tunnelmagnetoweerstand.

De wetenschappers merken op dat de eerste computer op basis van driewaardenlogica begin jaren zestig in de USSR werd ontwikkeld. Een wetenschappelijke groep onder leiding van professor N.P. Brusentsov (Lomonosov Moscow State University) voerde het project Setun uit. Echter, Setun werd niet algemeen erkend, ondanks een aantal van zijn voordelen ten opzichte van binaire logica bediende machines.

De afgelopen acht jaar heeft wetenschappers van het FEFU-laboratorium voor filmtechnologieën hebben samengewerkt met collega's van de Chinese Academie van Wetenschappen, leiders op het gebied van productie en de studie van dunnefilmsystemen voor spintronica. Gedurende deze periode, ze hebben verschillende gezamenlijke projecten ontwikkeld op het gebied van magnetische sensoren en spinsystemen op nanoschaal.