美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)和麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家們展示了一種在計(jì)算機(jī)處理芯片內(nèi)制造開關(guān)的潛在新方法，從而使它們能夠消耗更少的能量并散發(fā)出更少的熱量。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種實(shí)用的技術(shù)來控制磁振子，磁振子實(shí)質(zhì)上是通過磁性材料傳播并可以攜帶信息的波。為了將馬農(nóng)信號(hào)用于信息處理，需要一種開關(guān)機(jī)制，該機(jī)制可以控制馬農(nóng)信號(hào)通過設(shè)備的傳輸。

盡管其他實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)創(chuàng)建了攜帶和控制磁振子的系統(tǒng)，但該團(tuán)隊(duì)的方法帶來了兩個(gè)重要的突破：它的元件可以在硅上構(gòu)建，而不是其他方法所要求的昂貴的昂貴襯底。它還在室溫下有效運(yùn)行，而不需要冷藏。由于這些和其他原因，計(jì)算機(jī)制造商可能更容易采用這種新方法。

NIST中子研究中心(NCNR)的物理學(xué)家Patrick Quarterman說：“這是構(gòu)建新一代高效計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)。“其他組織已經(jīng)創(chuàng)建并控制了與計(jì)算機(jī)芯片集成度不高的材料中的磁振子，而我們的磁振子是建立在硅上的。對(duì)于工業(yè)界來說，這更可行。”

磁振子，也稱為自旋波，將利用電子自旋的特性來傳遞信息。計(jì)算機(jī)芯片變得如此熱的一個(gè)原因是，在常規(guī)電路中，電子從一個(gè)地方傳播到另一個(gè)地方，并且它們的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱量。但是，磁振子會(huì)穿過一長串電子，這些電子本身并不需要傳播。取而代之的是，每個(gè)電子的自旋方向(有點(diǎn)像一條箭頭穿過旋轉(zhuǎn)的陀螺軸延伸)會(huì)磁性影響行中下一電子的自旋方向。調(diào)節(jié)第一個(gè)電子的自旋會(huì)發(fā)出一圈自旋變化波，沿著弦線傳播。因?yàn)殡娮颖旧聿粫?huì)移動(dòng)，所以產(chǎn)生的熱量要少得多。

由于電子弦從一個(gè)地方延伸到另一個(gè)地方，因此，磁振子可以沿著其行進(jìn)攜帶信息。在基于磁振技術(shù)的芯片中，較大和較小的波高(振幅)可以表示1和0。而且由于波高可以逐漸變化，因此，磁振子可以表示介于1到0之間的值，從而使其具有比常規(guī)數(shù)字開關(guān)更大的功能。

盡管這些優(yōu)點(diǎn)使基于磁振子的信息處理成為理論上的誘人想法，但到目前為止，大多數(shù)成功的結(jié)構(gòu)都建立在位于layers鎵鎵石榴石基底之上而不是商業(yè)硅片之上的多層薄膜中。芯片是由制成的。這種“ GGG”材料的批量生產(chǎn)將非常昂貴。

“這是一個(gè)有趣的物理場(chǎng)，展示了基本原理，” Quarterman說，“但對(duì)于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)而言，這是不實(shí)際的。”

但是，麻省理工學(xué)院的Yabin Fan和他的同事使用了一種創(chuàng)新的工程方法，將薄膜層疊在硅基底上。他們的目標(biāo)是在計(jì)算機(jī)行業(yè)長期以來習(xí)慣使用的材料之上構(gòu)建他們的系統(tǒng)，從而使磁振子可以與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行交互。

最初，它們的多層創(chuàng)建行為不像預(yù)期的那樣，但是NCNR的科學(xué)家使用了一種稱為中子反射法的技術(shù)來探索設(shè)備內(nèi)的磁行為。中子揭示了兩個(gè)薄膜層之間出乎意料但有利的相互作用：根據(jù)施加的磁場(chǎng)量，材料以不同的方式對(duì)自身進(jìn)行排序，這些方式可以表示開關(guān)的“開”或“關(guān)”狀態(tài)以及位置在開和關(guān)之間-使其類似于閥門。

麻省理工學(xué)院電氣工程系的博士后研究員范說：“隨著磁場(chǎng)的降低，方向就會(huì)改變。”“數(shù)據(jù)非常清晰，向我們展示了在不同深度發(fā)生的情況。各層之間存在非常強(qiáng)的耦合。”

該磁振子開關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)在做其他類型的計(jì)算以及的設(shè)備上使用。常規(guī)數(shù)字開關(guān)只能在開或關(guān)狀態(tài)下存在，但是由于自旋波的振幅可以從小到大逐漸變化，因此磁振子可以用于模擬計(jì)算應(yīng)用中，其中開關(guān)的值介于0和0之間。和1。

“這就是為什么我們認(rèn)為這更像是一個(gè)閥門，” Quarterman說。“您可以一次打開或關(guān)閉它。”