Die Anforderungen an Computer steigen täglich. Es liegt auf der Hand, dass die aktuellen Technologien früher oder später an ihre Grenzen stoßen werden. Mit anderen Worten, die Leistungssteigerung von Halbleiterprozessoren wird nicht mehr funktionieren. Daher werden neue Technologien benötigt, die ein höheres Leistungsniveau sowie einen geringen Stromverbrauch und die Möglichkeit bieten, große Informationsmengen zu speichern. Kürzlich wurde eine dieser Technologien von einer Gruppe von Wissenschaftlern aus Russland und Italien vorgestellt. Erstmals konnten Wissenschaftler den Übergang einer Eisenverbindung zwischen zwei verschiedenen Spinzuständen nachweisen. Das Vorhandensein dieser beiden Zustände und die Möglichkeit, zum richtigen Zeitpunkt zwischen ihnen umzuschalten, ermöglicht es Ihnen, ein logisches Signal zu übertragen. Vielleicht basieren in Zukunft Laufwerke und Prozessoren auf dieser Technologie.
Spinktronic kann Computern der Zukunft ein neues Leistungsniveau bieten
Grundlegend neue Prozessoren statt Halbleiter
In modernen Halbleiterprozessoren werden Datenübertragung und logische Operationen aufgrund der Bewegung von Elektronen durchgeführt. Experten zufolge sind die Möglichkeiten dieser Technologie bereits praktisch ausgeschöpft. Das heißt, es wird immer schwieriger, die Produktivität zu verbessern. Daher ist die Entwicklung neuer Technologien jetzt besonders relevant.
Spinktronics, also eine Technologie, die auf der Übertragung von Daten durch die Wechselwirkung magnetischer Momente oder Elektronenspins basiert, ist laut Experten sehr vielversprechend. Die Eigenschaft wie “Spin” (übersetzt bedeutet Rotation) wurde 1924 entdeckt. Spin wird als Eigendrehimpuls von Elementarteilchen bezeichnet. Wir werden jedoch nicht ins Detail gehen, da uns die Tatsache interessiert, dass ein Molekül zwei Zustände hat, und nicht das Prinzip, nach dem dies geschieht.
Das Vorhandensein von zwei Spinzuständen eines Elektrons macht es möglich, diese Eigenschaft zu nutzen, um eine neue Generation von Prozessoren zu schaffen
Wie die Forscher feststellten, eignen sich nicht alle Materialien für Wirbelsäulensensoren. Eine der Hauptvoraussetzungen ist die Magnetisierbarkeit des Stoffes. Außerdem müssen Moleküle in zwei konstanten Zuständen existieren, um Informationen in binärer Form zu speichern. Die gleiche Anforderung ist für logische Operationen erforderlich. Dies gilt zwar für Computer, die in einem Binärsystem arbeiten. Lassen Sie mich Sie daran erinnern, dass auch Quantencomputer, die mit Qubits arbeiten, auf dem Weg sind, aber dies ist ein anderes Thema, das wir bereits behandelt haben.
Wissenschaftler für die Studie nahmen ein Polymermolekül, das zwei Eisenionen enthält. Jedes der Ionen existiert in zwei Zuständen – Low-Spin und High-Spin. Darüber hinaus können sie unabhängig voneinander von einem Zustand in einen anderen wechseln. Das heißt, ein Atom kann sich in einem Low-Spin-Zustand und ein anderes in einem High-Spin-Zustand befinden. Der Übergang von einem Zustand in einen anderen erfolgt fast augenblicklich, dh es dauert Mikrosekunden.
Spinktronics – Perspektiven und Probleme bei der Entwicklung neuer Prozessoren
Wie die Autoren der Studie anmerken, liegt die Hauptschwierigkeit der Technologie darin, dass der Übergang von einem Zustand in einen anderen schwer zu erkennen ist, da die Moleküle symmetrisch sind. Um den Übergang zu erkennen, verwendeten die Forscher die Kernspinresonanztechnologie. Es ermöglicht Ihnen, die Wechselwirkung von kernmagnetischen Momenten mit den Momenten von Elektronen aufzuzeichnen. Damit konnten Wissenschaftler erstmals einen Übergang von einem High-Spin-Zustand in einen Low-Spin-Zustand und umgekehrt nachweisen. Die Details dieser Studie wurden von den Studienautoren in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.
Dreidimensionales Bild der Ausbildung eines stabilen Spinzustands eines Elektrons (Spinspirale) < /p>
Die Entdeckung von Wissenschaftlern wird vielleicht die Entwicklung von Geräten für die ultradichte Datenspeicherung ermöglichen, die die vorhandenen Arten von Speichermedien in Bezug auf die darin speicherbare Datenmenge deutlich übersteigen. Solche Geräte werden normalerweise als molekulare zelluläre Automaten bezeichnet.
Auf der Grundlage dieser Technologie ist es auch möglich, eine Alternative zu Halbleitern für die Informationsverarbeitung zu schaffen, dh neue Prozessoren. Ihr Hauptunterschied zu Halbleitern ist, dass das Signal nicht durch einen Elektronenstrom übertragen wird, sondern durch das Schalten von Molekülen, die in einer Kette aufgereiht sind und Zellen bilden. Wissenschaftlern zufolge werden molekulare zelluläre Automaten einen geringeren Wärme- und Stromverbrauch haben als aktuelle Lösungen. Aber am wichtigsten ist, dass sie eine viel höhere Leistung haben.
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Abschließend möchte ich noch anmerken die Wissenschaftler anbieten, und andere Technologien, die die Leistung von Prozessoren erhöhen. Wenn Sie beispielsweise Siliziumtransistoren durch Analoga auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ersetzen, wird die Leistung tausendfach gesteigert, gleichzeitig wird der Stromverbrauch gesenkt, wie bereits erwähnt.