В МФТИ придумали, как ускорить компьютеры в тысячи раз

Учёные из МФТИ и их коллеги из Германии и Нидерландов нашли способ значительно увеличить скорость работы компьютеров: они предложили использовать так называемые Т-лучи, терагерцовое излучение, которое может переключать ячейки компьютерной памяти в тысячи раз быстрее, чем воздействие магнитного поля.

Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Быстрый рост объёма цифровых данных и сложности вычислительных задач приводит создателей компьютеров к необходимости непрерывно увеличивать скорость вычислений. Эксперты считают, что компьютеры в классическом исполнении уже подходят к пределам роста быстродействия. Именно поэтому учёные ищут принципиально новые вычислительные технологии. Одно из проблемных мест современных вычислительных машин – память: на каждую операцию записи и перезаписи одной магнитной ячейки нужно время. Сократить данный цикл очень сложно.

Себастиан Байерл из Университета Регенсбурга, Анатолий Звездин, Алексей Кимель из Университета Неймегена (Нидерланды) и МИРЭА и их коллеги предложили использовать для переключения памяти не магнитные поля, а импульсы терагерцового излучения - так называют электромагнитное излучение в диапазоне между инфракрасным и СВЧ-диапазоном с длиной волны около 0,1 миллиметра. Его используют, к примеру, в установках для сканирования в аэропортах. Т-лучи не вредны для организма, но позволяют легко «увидеть» под одеждой оружие и взрывчатку.

Учёные решили провести эксперимент со слабым ферромагнетиком - ортоферритом тулия (TmFeO₃), чтобы проверить насколько подходят Т-лучи на роль переключателя состояний «магнитных битов» в этом материале. Магнитное поле в ферромагнетиках создаётся за счёт определённой ориентации спинов - магнитных моментов атомов в микрокристаллах (доменах). Чтобы поменять эту ориентацию, нужно внешнее магнитное поле.

Эксперимент показал, что терагерцовое излучение переводит ионы тулия в возбуждённое состояние и меняет магнитные свойства и ионов железа, и ионов тулия, причём его воздействие почти в 10 раз сильнее внешнего магнитного поля. Таким образом, исследователи получили очень быстрый и действенный метод «перемагничивания» - хорошую «базу» для создания сверхбыстрой памяти.

При этом ортоферрит тулия - не единственный материал, который можно «переключать» Т-лучами. Он достаточно удобен для демонстрации, но сам предложенный способ контроля намагниченности можно использовать во многих других магнитных материалах.