Исследователи обнаружили простое геометрическое правило, которое может помочь инженерам создавать надежные вычислительные системы с рекордно низким энергопотреблением. Современная электроника полагается на миллиарды крошечных переключателей, которые потребляют электричество при каждом включении и выключении, поэтому ученые давно ищут альтернативы, способные выполнять те же задачи с гораздо меньшими затратами энергии.
В центре внимания оказались наномагниты — крошечные магнитные структуры, которые можно использовать как переключатели. Исследователи изучали, как кластеры из четырех наномагнитов ведут себя при переходе в стабильное состояние. Для этого они расположили магниты в форме греческого креста, а затем постепенно поворачивали их, пока они не образовывали квадрат. В каждой точке измерялось, как система достигает состояния с наименьшей энергией.
Результат оказался неожиданным: геометрия расположения магнитов напрямую определяет, как энергия движется через систему и насколько предсказуемо она релаксирует. Как пояснил ведущий автор исследования, они выявили фундаментальную связь между структурой и функцией: само расположение магнитов диктует, как энергия будет распространяться. Это открывает новый способ проектирования вычислительных устройств.
Автор сравнивает этот процесс с мячом, который катится с горы по пути наименьшего сопротивления до самой нижней точки. В системе наномагнитов взаимодействие происходит через магнитные поля, но принцип тот же — движение шаг за шагом к наиболее стабильной конфигурации.
Хотя эксперимент проводился всего с четырьмя магнитами, результаты имеют более широкое значение. В реальных магнитных устройствах тысячи подобных кластеров должны работать вместе. Новое открытие дает инженерам простой принцип: изменяя угол поворота магнитов, можно управлять тем, насколько надежно они достигают предсказуемого конечного состояния. Это позволяет проектировать системы с предсказуемым поведением и минимальными потерями энергии.
Исследование, по словам ученых, предоставляет интуитивно понятную основу для понимания энергетической релаксации в структурах с искусственным спиновым льдом — системах, которые считаются перспективными для создания энергоэффективной электроники будущего.
Читайте также: Мобильный космодром Rocket Lab позволит запускать ракеты из любой точки Земли