Обычно ученые имеют дело не со спинами отдельных электронов, а с магнитными вихрями, состоящими из множества спинов. Эти вихри называются скирмионами и возникают в магнитных металлических слоях. Их можно считать двухмерными квазичастицами. С одной стороны, эти вихри можно свободно перемещать действием электрического тока. С другой, они движутся хаотично и крайне эффективны благодаря диффузии. Возможность создания компьютера на скирмионах была в прошлом продемонстрирована командой исследователей из Университета Гутенберга в Майнце. Созданный ими прототип состоит из тонких слоев металла, некоторые из которых толщиной в несколько атомов.
Теперь, вместе с коллегами из Университета Констанца и Университета Тохоку, ученые преодолели следующий этап к созданию нетрадиционного компьютера. Они смогли повысить диффузию скирмионов в 10 раз при помощи искусственных антиферромагнетиков, которые значительно сократили расход энергии и повысили скорость вычислений потенциального компьютера.
Для создания такого антиферромагнетика искусственным образом ученые соединили два ферромагнитных слоя так, чтобы магнитные поля обоих слоев взаимно нейтрализовали друг друга. Они уменьшили их силу, сдвинув вихри и, тем самым, повысив диффузию, сообщает Science Daily.
«Мы создали искусственный антиферромагнитный материал, в котором диффузия скирмионов приблизительно в 10 раз выше, чем в отдельных слоях», — сказал Клаус Рааб, один из физиков в команде. — Эта диффузия может быть использована для реализации стохастического вычисления — формы вычислений, в которой применяются стохастические процессы вроде случайного движения частиц».
Это увеличение диффузии произошло в результате роста температуры, которая также уменьшила размер скирмионов, что положительно сказалось на их подвижности.
Квазичастицы скирмионы могут стать базой для создания гораздо более емких запоминающих устройств, чем те, которые работают в современных компьютерах. Шаг к этому сделали ученые из Лаборатории Эймса в США, которые обнаружили неизвестное прежде свойство крошечных магнитных вихрей — оказалось, что они размножаются делением, как биологические клетки. Для физики элементарных частиц это поразительное открытие.
