研究人员释放二维磁性设备在未来计算中的潜力

想象一下未来，计算机可以模仿人类思维的方式学习和做出决策，但速度和效率比计算机当前的能力高出几个数量级。

怀俄明大学的一个研究小组创造了一种创新方法来控制超薄二维(2D)范德华磁铁内的微小磁态，这一过程类似于翻转电灯开关控制灯泡的过程。

威斯康星大学计算机系助理教授田继发表示：“我们的发现可能会导致先进的存储设备能够存储更多数据并消耗更少的电量，或者能够开发出能够快速解决当前棘手问题的全新类型计算机。”物理学和天文学博士，华盛顿大学量子信息科学与工程中心临时主任。

范德华材料由牢固结合的二维层组成，这些层通过较弱的范德华力在三维中结合。例如，石墨是一种范德华材料，广泛应用于工业中的电极、润滑剂、纤维、热交换器和电池。层间范德华力的性质允许研究人员使用透明胶带将层剥离至原子厚度。

该团队开发了一种称为磁性隧道结的设备，该设备使用三碘化铬(一种只有几个原子厚的二维绝缘磁体)夹在两层石墨烯之间。Tian说，通过发送微小的电流(称为隧道电流)穿过这个三明治，可以在各个三碘化铬层内决定磁体磁域(大小约为100纳米)的方向。

具体来说，“这种隧道电流不仅可以控制两个稳定自旋态之间的切换方向，还可以诱导和操纵亚稳态自旋态之间的切换，称为随机切换，”田实验室的研究生、现在的博士后付壮恩说。马里兰大学研究员。

“这一突破不仅令人着迷，而且非常实用。它的能耗比传统方法低三个数量级，类似于将旧灯泡换成LED，这标志着它可能会改变未来技术的游戏规则，”Tian说。“我们的研究可能会导致新型计算设备的开发，这些设备比以往更快、更小、更节能、更强大。我们的研究标志着二维极限磁性方面的重大进步，并为新的、强大的计算平台奠定了基础，例如概率计算机。”

传统计算机使用位将信息存储为0和1。这种二进制代码是所有经典计算过程的基础。量子计算机使用可以同时表示“0”和“1”的量子比特，从而以指数方式提高处理能力。

“在我们的工作中，我们开发了你可能认为的概率位，它可以根据隧道电流控制的概率在‘0’和‘1’(两种自旋状态)之间切换，”田说。“这些比特基于超薄二维磁体的独特特性，可以以类似于大脑神经元的方式连接在一起，形成一种新型计算机，称为概率计算机。”

田继续说道：“这些新型计算机之所以具有革命性的潜力，是因为它们能够处理对传统计算机甚至量子计算机来说极具挑战性的任务，例如某些类型的复杂机器学习任务和数据处理问题。”“它们天生能够容忍错误，设计简单，占用空间更少，这可能会带来更高效、更强大的计算技术。”

科罗拉多州立大学物理学副教授陈华和德克萨斯大学奥斯汀分校物理学教授艾伦·麦克唐纳合作开发了一个理论模型，阐明隧道电流如何影响二维磁隧道结中的自旋态。其他贡献者来自宾夕法尼亚州立大学、东北大学和日本筑波并木的国家材料科学研究所。