Kohti tietojenkäsittelyä mullistavia materiaaleja

Tietojenkäsitellyn mullistus on mahdollisuus, joka piilee merkittävässä materiaaliperheessä, jonka Ottawan yliopiston ja MIT:n yhteinen tutkijaryhmä on vuosia yrittänyt ymmärtää ja nyt julkaisivat tähän mennessä kattavimman tiekartan alalta.

”Magneettiset topologiset materiaalit tarjoavat ainutlaatuisen alustan, jossa magnetismi ja kvanttifysiikka toimivat yhdessä tavoilla, joita alamme vasta täysin ymmärtämään”, selittää apulaisprofessori Hang Chi Ottawan yliopiston fysiikan laitoksella.

Katsaus yli kahdenkymmenen vuoden tutkimuksista eri puolilta maailmaa tarjoaa nyt tiedeyhteisölle yhteisen lähtökohdan tutkimusotsikolla Magneettisten topologisten materiaalien kehitys ja tulevaisuudennäkymät spintronisiin sovelluksiin

Professori Chi ja hänen kirjoittajakollegansa, MIT:n tohtori Peng Chen ja professori Jagadeesh S. Moodera, kävivät läpi näiden materiaalien neljä pääperhettä, selittäen niiden tuottamia mielenkiintoisia kvantti-ilmiöitä ja esittivät, missä reaalimaailman teknologian suurimmat mahdollisuudet piilevät.

Yksi näistä ilmiöistä silmiinpistävimmistä on nimeltään "kvanttianomaali Hall-ilmiö", tila, jossa sähkövirta kulkee materiaalin reunoja pitkin käytännössä ilman energiahäviötä ilman ulkoista magneettikenttää. Tämän saavuttaminen luotettavasti ja tehokkaasti on virstanpylväs, jota ala on jahdannut vuosia.

Tällä hetkellä tutkitut vaikutukset näkyvät vain, kun materiaalit jäähdytetään lähes absoluuttisen nollapisteen tuntumaan. Näiden materiaalien saaminen toimimaan huoneenlämmössä onkin alan suurin haaste.

Uusi tutkimus osoittaa kolme konkreettista etenemispolkua: tehokkaiden tietokoneiden ja tekoälyn käyttö tuhansien ehdokasmateriaalien nopeaan seulontaan, uusien materiaaliyhdistelmien suunnittelu ohuissa kerrosrakenteissa ja täysin uusien magneettisten topologisten materiaalien löytäminen, joita ei ole vielä löydetty.

Tässä katsauksessa kuvatut materiaalit eivät tarjoa vain pieniä parannuksia, vaan ne edustavat perustavanlaatuisesti erilaista lähestymistapaa informaation siirtämiseen ja tallentamiseen, joka voisi tehdä laitteista viileämpiä, nopeampia ja paljon energiatehokkaampia.

Laskennan lisäksi nämä materiaalit osoittavat jo varhaisia lupauksia tekoälylaitteistoissa, fyysisissä piireissä, jotka käsittelevät informaatiota samalla tavalla kuin ihmisaivot, sen sijaan, että ne toimisivat perinteisen laskimen tavoin. Maailmassa, jossa tekoälydatakeskukset kuluttavat sähköä hämmästyttävän ja kasvavalla vauhdilla, sillä on valtava merkitys.

Aiheesta aiemmin:

Topologiset tilat ovat yleisempiä kuin on ajateltu

Avaus pienen energiankäytön elektroniikalle