Сучасні обчислювальні системи, зокрема, нейромережі потребують величезної кількості енергії. Використання магнітних матеріалів для пристроїв пам’яті та процесорів дало б змогу вирішити на певний час цю проблему. Команда фахівців зі США розробила пристрій на основі двовимірного ванн-дер-ваальсового магніту, що перемикається між станами нуля та одиниці виключно під дією імпульсу електричного струму, без магнітного поля.
Коли електричний струм тече крізь важкі метали на кшталт платини або танталу, електрони відокремлюються один від одного на основі спіна. Цей феномен називають ефектом Холла. Метод сегрегації залежить від властивостей матеріалу. Мікроскопічна структура платини та інших подібних металів має своєрідну дзеркальну симетрію, яка обмежує спінові струми до поляризації спінів в одній площині.
Для виходу за межі однієї площини і досягнення безпольового перемикання необхідно порушити дві дзеркальних симетрії. “Електричний струм може “розбити” дзеркальну симетрію в платині вздовж однієї площини, але її кристалічна структура не дає змоги зруйнувати дзеркальну симетрію в другій площині”, – сказав Шивам Каджале, один із команди дослідників.
Команда вчених з MIT та інших вишів уже пробувала руйнувати другу дзеркальну площину за допомогою слабкого магнітного поля. Але цього разу було вирішено скористатися матеріалом, структура якого дає змогу обійтися без сторонньої допомоги.
Першим двовимірним матеріалом був ванн-дер-ваальсовий магніт, а в якості другого дослідники вибрали дителлурид вольфраму з орторомбічною кристалічною структурою. У нього вже була одна зламана дзеркальна площина, тож, пустивши струм паралельно цій площині, спіновий струм набув позаплощинного компонента, який може безпосередньо індукувати перемикання в надтонких магнітах.
Запам’ятовуючі пристрої та процесори з магнітних матеріалів витрачають менше енергії, ніж традиційні кремнієві пристрої. А ван-дер-ваальсові магніти пропонують підвищену енергоефективність і масштабованість порівняно з тривимірними матеріалами, пише MIT News.
Щільність електричного струму, який використовується для перемикання магніту, відповідає кількості енергії, що розсіюється під час перемикання. Чим нижча щільність, тим ефективніше матеріал витрачає енергію. Новий пристрій має один із найнижчих показників щільності енергії серед ван-дер-ваальсових магнітних матеріалів. У практичному застосуванні це означає приріст енергоефективності приблизно вдвічі.