Hybridimuistia suprajohtavalle tietotekniikalle

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat ovat esittäneet uudenlaista nanomittakaavan muistitekniikkaa suprajohtavalle (SC) tietotekniikalle. Se voisi jouduttaa odotetun, vähäenergisen vaihtoehdon tuloa suuren hukkatehon tuottaville perinteisille konesaleille ja supertietokoneille.

Kun uusien tietoteknisten kuten pilvitekniikan tuottaman digitaalisen tiedon määrä lisääntyy eksponentiaalisesti puolijohde-elektroniikan rajoitukset skaalauksessa ja kellotuksessa tulevat vastaan. Eli käsittelykapasiteettia saadaan lisää vain laitemassaa eli sähkönkulutusta kasvattamalla.

Yksi lupaava vaihtoehtotekniikka on suprajohtava laskenta (SC), joka tarjoaa mahdollisuuden siirtää informaatiota ilman häviöitä nolla-resistanssisilla kanavilla.

SC-järjestelmissä sähköisiä signaaleja ohjataan Josephson-liitoksilla. Ne toimivat lähellä absoluuttista nollapistettä (4 K - 10 K), haihduttaen energiaa alle 10^-19 joulea per toiminto. Lisäksi niiden kytkentänopeudet ovat satoja gigahertsejä, kun puolijohteisissa tietokoneissa ne ovat vain muutamia gigahertsejä.

Toistaiseksi keskeisiä teknologioita toimivalle SC-tietokoneelle ei ole kehitetty mutta yhdysvaltalainen Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA) on todennut, että perusta merkittävälle läpimurrolle on olemassa ja on käynnistänyt monivuotisen ohjelman tutkimaan käytännön SC-tietotekniikan elinkelpoisuutta.

NIST:n tutkijat ovat jo ennen tätä ohjelmaa paneutuneet kryogeenisissa lämpötiloissa ja Josephson-liitoksien nopeuksilla toimiviin muisteihin. Kahden suprajohtavan liitoselektrodin väliin tutkijat sijoittivat monikerroksinen esteen, joka koostuu kahdesta eri magneettisesta materiaalista, joita erottaa ei-magneettinen metalli.

Kahden magneettisen kerroksen napaisuuksien suhde - joka voidaan asettaa joko samaksi tai vastakkaiseksi määrittää supravirran suuruuden Josephson-liitoksessa, ja sen onko liitoksen yli nolla tai nollasta poikkeava jännite. Nämä erot voivat edustaa binääristä nollaa ja ykköstä ja ilmiö syntyy monimutkaisesta suprajohtavuuden ja magnetismin välisestä kilpailusta.

Josephson-liitoksien magneettisia ominaisuuksia voidaan ohjata yksinkertaisesti rakenteen läpi kulkevan sähkövirran avulla. Tämä tapahtuu prosessissa, jota kutsutaan spin-siirto vääntömomentiksi (spin-transfer torque). Vastaavanlaista rakennetta magneettikentällä huoneenlämmössä ohjattuna kutsutaan magnetoresistanssiseksi.

Yhdistettynä haihtumattomuuteen ja nopeuteen tämä suprajohtava-magneettinen hybridi lupailee vaihtoehtoa varausperustaisille puolijohdemuistille.

- Yhdistelmä pienihäviöistä suprajohtavaa logiikkaa ja haihtumatonta, hybridiä magneettista muistia voi mullistaa konesalien laskenta- ja tallennuskapasiteettia kymmenen vuoden kuluessa, toteaa NIST Magnetics ryhmän johtaja Ron Goldfarb tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.