Исследователи из Массачусетского технологического института придали новый смысл компьютерному оборудованию
By Iednewsdesk , 2 января 2023 г.
Луцяо Лю был из тех детей, которые скорее разберут свои игрушки, чтобы посмотреть, как они работают, чем будут играть с ними так, как они были задуманы.
Любопытство было движущей силой на протяжении всей его жизни, и оно привело его в Массачусетский технологический институт, где Лю является недавно назначенным доцентом кафедры электротехники и компьютерных наук и членом Исследовательской лаборатории электроники.
Вместо того, чтобы разбирать вещи, он теперь использует новые материалы и нанотехнологии производства для создания электроники следующего поколения, которая потребляет значительно меньше энергии, чем обычные устройства. По его словам, любопытство все еще пригодится, особенно потому, что он и его сотрудники работают в области почти неизведанной спиновой электроники — области, которая возникла только в 1980-х годах.
«Есть много проблем, которые мы должны преодолеть в нашей работе. В спиновой электронике все еще существует разрыв между тем, что можно было сделать фундаментально, и тем, что было сделано до сих пор. Нам еще многое предстоит изучить с точки зрения получения более качественных материалов и поиска новых механизмов, чтобы мы могли достигать все более и более высокой производительности», — говорит Лю, который также является членом MIT-IBM Watson AI Lab.
Электроны — это субатомные частицы, обладающие фундаментальным квантовым свойством, известным как спин. Один из способов визуализировать это — представить себе вращающийся волчок, который вращается вокруг самого себя, что придает волчку угловой момент. Этот угловой момент, произведение массы, радиуса и скорости волчка, известен как его вращение.
Хотя технически электроны не вращаются вокруг оси, как волчок, они обладают таким же спином. Их угловой момент может быть направлен «вверх» или «вниз». Вместо того, чтобы использовать положительные и отрицательные электрические заряды для представления двоичной информации (1 и 0) в электронных устройствах, инженеры могут использовать двоичную природу спина электрона.
Поскольку для изменения направления вращения электронов требуется меньше энергии, вращение электронов можно использовать для переключения транзисторов в электронных устройствах, потребляющих гораздо меньше энергии, чем в традиционной электронике. Транзисторы, основные строительные блоки современной электроники, используются для регулирования электрических сигналов.
Кроме того, из-за их углового момента электроны ведут себя как крошечные магниты. Исследователи могут использовать эти магнитные свойства для представления и хранения информации в памяти компьютера. Лю и его сотрудники стремятся ускорить этот процесс, устранив узкие места в скорости, которые мешают более производительным компьютерным устройствам памяти с меньшим энергопотреблением.
Привлеченный магнетизмом
, Лю начал изучать компьютерную память и спиновую электронику с магнитов для холодильников. В детстве он задавался вопросом, почему магнит прилипает к холодильнику.
Это раннее любопытство помогло пробудить в нем интерес к естественным наукам и математике. По мере того, как он углублялся в эти предметы в старшей школе и колледже, узнавая больше о физике, химии и электронике, его любопытство к магнетизму и его использованию в компьютерах углублялось.
Когда у него появилась возможность получить докторскую степень в Корнельском университете и присоединиться к исследовательской группе, изучавшей магнитные материалы, Лю нашел идеальную пару.
«Следующие пять или шесть лет я провел в поисках новых и более эффективных способов генерирования электронного спинового тока и использования его для записи информации в магнитную память компьютера», — говорит он.
Несмотря на то, что он был очарован миром исследований, Лю хотел попробовать свои силы в карьере в отрасли, поэтому после окончания аспирантуры он присоединился к исследовательскому центру IBM TJ Watson Research Center. Там его работа была сосредоточена на разработке более эффективного аппаратного обеспечения магнитной памяти с произвольным доступом для компьютеров.
«Заставить что-то, наконец, работать в коммерческом формате, очень важно, но я не был полностью вовлечен в такую тонкую работу. Я хотел показать жизнеспособность очень новой работы — доказать, что новая концепция возможна», — говорит Лю. Он присоединился к Массачусетскому технологическому институту в качестве доцента в 2015 году.
