Aalto ja spinaallot

Tietokoneet haaskaavat valtavasti energiaa elektroneja vatkatessaan mutta Aalto-yliopiston tutkijat kehittävät laskentaa, joka tuottaa huomattavasti vähemmän hukkalämpöä

Aallon tutkijat saivat merkittävän rahoituksen rakentaakseen prototyypin laitteesta, joka siirtää bittejä sähkövarausten sijaan valolla ohjatuilla spinaalloilla.

"Rakennamme prototyypin uudesta laitteesta, joka tuottaa paljon aiempaa vähemmän hukkalämpöä laskennassa ja myös mahdollisesti pystyy nykyistä paljon nopeampaan laskentaan”, sanoo professori Sebastiaan van Dijken Aalto-yliopistosta.

Tutkijoiden suunnittelema menetelmä käyttäisi tiedon kuljettamiseen elektronien sijasta spinaaltoja, jotka ovat magneettisissa materiaaleissa ilmenevä aaltomainen ilmiö.

Spinaalloilla on tällä hetkellä hyvin vähän kaupallisia sovelluksia, eikä niitä vielä käytetä tietokoneissa. Niiden potentiaali tietojenkäsittelylle tunnustetaan kuitenkin laajalti ja sitä tutkitaan kiivaasti.

Aallon projektista ainutlaatuisen tekee se, että tutkijat aikovat saada laitteen toimimaan ohjaamalla spinaaltoja voimakkaiden valokenttien avulla nanomittakaavassa.

"Kukaan ei ole aiemmin ohjannut spinaaltoja valolla tällä tavalla", sanoo professori Päivi Törmä.

Törmä ja van Dijken ovat optimistisia sen suhteen, että menetelmä voidaan saada toimimaan heidän suunnittelemallaan tavalla. Van Dijken ja hänen tutkimusryhmänsä ovat asiantuntijoita spinaaltojen manipuloinnissa. Törmä puolestaan johtaa ryhmää, jolla on vuosien kokemus työskentelystä valokenttien parissa nanomittakaavassa.

Ryhmien yhteistyö johti äskettäin uuteen tapaan käyttää magnetismia valon ohjaamiseen.

"Se, mitä nyt haluamme tehdä, on pohjimmiltaan päinvastaista: haluamme käyttää valoa ohjaamaan magnetisaation dynamiikkaa", van Dijken selittää. Äskettäin Aallon tutkijat julkaisivat työn, jossa kerros kerrokselta rakennettu epäorgaanis-orgaaninen materiaali mahdollistaa magneettisten ominaisuuksien optisen kytkennän.

Törmä huomauttaa lisäksi, että nanomittakaavan valokentät ovat jo nyt menestyksekkäästi käytössä muun muassa biosensoreissa ja syövän hoidossa.

Tutkijoiden päätavoite on kolmivuotisessa projektissa rakentaa toimiva logiikkaportti ja osoittaa sen alhainen energiankulutus. Työssä on alusta asti käytetty massatuotantoon soveltuvaa teknologiaa ja tutkijat etsivät siihen alan yhteistyökumppaneita.

“Pitkään on ajateltu, että digitalisaatio edistyy lähinnä ohjelmistokehityksen kautta. Nyt myös laskennan fysikaalisen toteutuksen rajat ovat nousemassa yhä keskeisempään asemaan. Uusia oivalluksia tarvitaan.”

Aiheesta aiemmin:

Valoa ja elektroneja antiferromagneeteille

Integroitu piiri magnoneilla

Spintroniikkaa vauhdittaen

Valon ja aineen vuorovaikutuksia