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美国纽约大学新研究:节能自旋开关切换状态无需电流

国际电力网  来源:科技日报  日期:2019-05-16
  美国纽约大学研究人员开发出一种电压控制拓扑自旋开关(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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