گرداب های مغناطیسی کوچک می توانند به رایانه ها کمک کنند تا بیشتر شبیه مغز شما کار کنند

مطالعه منتشر شده در فناوری نانو طبیعی بینش جدیدی در مورد نحوه رفتار اسکایرمیون ها و چگونگی کنترل آنها توسط دانشمندان ارائه می دهد. این یافته ها می تواند به محققان کمک کند تا سیستم های محاسباتی کوچکتر و کارآمدتر را توسعه دهند و فناوری های کوانتومی نوظهور را پیش ببرند.

بیشتر تحقیقات در مؤسسه فیزیک دانشگاه یوهانس گوتنبرگ در ماینتس آلمان و با نظر استاد دانشگاه علم و فناوری نروژ (NTNU) انجام شد.

اسل سودبو، مدیر مرکز کوانتومی اسپینترونیک NTNU (QuSpin) توضیح داد: «اسکایرمیون‌ها گرداب‌های کوچک و مغناطیسی هستند که می‌توانند اطلاعات را به روشی کاملاً جدید ذخیره کنند».

برخلاف فناوری‌های مرسوم که به فضا و انرژی بیشتر و بیشتری برای پردازش مقادیر فزاینده داده نیاز دارند، skyrmions می‌تواند جایگزین بسیار کارآمدتری ارائه دهد.

Sudbø توضیح داد: «به جای فناوری فعلی، که ما دائماً به فضا و انرژی بیشتری برای پردازش داده‌ها نیاز داریم، skyrmions می‌تواند امکان ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی داده‌های بسیار کوچک‌تر و کارآمدتر را فراهم کند.

گرداب های مغناطیسی کوچک می توانند کامپیوترهای مغز مانند را فعال کنند

کاربردهای بالقوه اسکایرمیون ها بسیار فراتر از ذخیره سازی داده های معمولی است. آنها همچنین برای اسپینترونیک، که راه‌هایی برای استفاده از خواص مغناطیسی الکترون‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی و تحقیقات مربوط به اثرات کوانتومی توپولوژیکی را بررسی می‌کند، مهم هستند.

یکی از امکان‌های امیدوارکننده، توسعه رایانه‌هایی است که به روش‌هایی مشابه مغزهای بیولوژیکی عمل می‌کنند.

سادبو گفت: «این گرداب‌های در مقیاس نانو می‌توانند به توسعه رایانه‌هایی که شبیه مغزهای بیولوژیکی هستند کمک کنند.

به جای تکیه بر محاسبات مبتنی بر ترانزیستور معمولی، چنین سیستم هایی می توانند از مغناطیس برای پردازش اطلاعات استفاده کنند. در اصل، این رویکرد می تواند به طور چشمگیری مصرف انرژی را کاهش دهد و به طور بالقوه به رایانه های آینده اجازه می دهد تا کارهای پیچیده را با قدرت بسیار کم انجام دهند.

با این حال، تبدیل این امکان به یک فناوری عملی، مستلزم این است که دانشمندان دقیقاً بدانند اسکایرمیون‌ها چگونه رفتار می‌کنند و چگونه آنها را به طور قابل اعتماد دستکاری کنند.

تحقیقات اخیر نشان دهنده پیشرفت مهم در جهت این هدف است.

دانشمندان برای اولین بار از ذوب شبکه های مغناطیسی Skyrmion تصویربرداری کردند

اسکایرمیون ها همیشه به عنوان ساختارهای مغناطیسی ایزوله وجود ندارند. تحت شرایط خاصی، آنها خود را در الگوهای تکراری به نام شبکه‌ها سازماندهی می‌کنند که شبیه آرایش منظم اتم‌ها در یک کریستال است، اما در مقیاس بسیار کوچک‌تر.

دانشمندان می توانند این مکانیسم ها را دستکاری کنند، توانایی ای که می تواند برای استفاده از skyrmions در دستگاه های محاسباتی آینده ضروری باشد.

در مطالعه جدید، محققان به چیزی دست یافتند که قبلاً نشان داده نشده بود. آنها ذوب یک آرایه اسکایرمیون مغناطیسی را در حالی که همزمان اسکایریمیون های منفرد را کنترل می کردند، ثبت کردند.

سادبو گفت: “برای اولین بار، محققان توانستند از ذوب شدن شبکه مغناطیسی اسکایرمیون در زمان واقعی فیلمبرداری کنند، در حالی که می‌توانستند هر اسکایرمیون را مستقیماً در حین عکاسی از آن دستکاری کنند. برای مثال، شکل و اندازه آنها می‌تواند “در حال پرواز” تغییر کند.

توانایی مشاهده این فرآیند به طور مستقیم تصویر واضح تری از نحوه واکنش اسکایرمیون ها هنگام شکستن ساختارهای سازمان یافته آنها ارائه می دهد. همچنین به محققان اجازه می دهد تا بررسی کنند که چگونه تغییر اندازه و شکل گردابه های مغناطیسی فردی بر رفتار آنها تأثیر می گذارد.

گامی جدید به سمت محاسبات کارآمد انرژی

درک نحوه رفتار اسکایرمیون ها در حین فروپاشی شبکه های خود می تواند به دانشمندان کمک کند تا راه های دقیق تری برای کنترل آنها ایجاد کنند. اگر قرار باشد این ساختارهای مغناطیسی به اجزای مفیدی در سیستم‌های کامپیوتری آینده تبدیل شوند، این کنترل اهمیت ویژه‌ای دارد.

بنابراین یافته‌ها چیزی بیش از یک راه جدید برای مشاهده یک پدیده مغناطیسی غیرمعمول ارائه می‌دهند. آنها اطلاعاتی را ارائه می دهند که می تواند به محققان در غلبه بر چالش های توسعه فناوری های عملی مبتنی بر skyrmion کمک کند.

Sudbø گفت: “یافته ها بینش جدیدی در مورد نحوه رفتار این نوع ذرات به ما می دهد. بنابراین می تواند برای توسعه فناوری های محاسباتی با انرژی کارآمدتر در آینده مهم شود.”

اگرچه پیش از استفاده از اسکایرمیون ها در دستگاه های محاسباتی روزمره هنوز به توسعه قابل توجهی نیاز است، اما این تحقیق پتانسیل آن ها را برای بهبود ذخیره سازی داده ها، فعال کردن معماری های رایانه ای جدید و کمک به پیشرفت فناوری کوانتومی برجسته می کند.

دانشمندان با یادگیری مشاهده و دستکاری این گرداب‌های مغناطیسی کوچک در زمان واقعی، به قابلیت‌هایی دست می‌یابند که در نهایت می‌تواند به انقلابی در طراحی رایانه‌ها کمک کند.

سودبو نتیجه گرفت: «این می تواند طرز تفکر ما را در مورد محاسبات متحول کند.