可用於量子處理器和模擬人腦裝置的三值邏輯模式運行的微觀結構

2021-01-07 電子發燒友
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可用於量子處理器和模擬人腦裝置的三值邏輯模式運行的微觀結構

佚名 發表於 2020-04-23 14:51:10

據俄羅斯衛星通訊4月22日消息，俄羅斯遠東聯邦大學自然科學學院和中國科學院的科學家聯合研發出能夠以三值邏輯模式運行的微觀結構。這種微觀結構既可以同時作為處理器和存儲單元應用於量子處理器和模擬人腦裝置的建造工程。

這種微觀結構由納米級的白金、鈷（只有0.8納米厚）、氧化鎂層和白金表層組成。它為建造新的電子和自旋電子設備，量子處理器和模仿人類大腦活動的神經形態系統系統鋪平了道路。

該項目俄方領導人、遠東聯邦大學自然科學學院計算機系統教研室副教授亞歷山大∙薩馬爾達克指出，「三值邏輯大幅超越二值邏輯（0和1），其原理將為不遠的未來建造智能計算機奠定基礎。此類裝置運算速度更快，壽命更長，能耗更低。」

相關研究成果，以「Chirality-Reversible Multistate Switching via Two Orthogonal Spin-Orbit Torques in a Perpendicularly Magnetized System」為題，發表在《Physical Review Applied》上。

當代的計算機處理器消耗大量能量，用存儲單元代表不同的隔室，其功效受到二值邏輯的限制。這些障礙限制了計算機設備在小型化和快速性能上的進一步發展。

在俄羅斯基礎研究基金會（RFBR）和中國科學院的聯合項目中，FEFU自然科學學院的科學家開發出了由納米層的鉑，鈷（僅0.8 nm），氧化鎂和鉑塗層。

為了獲得自旋電流並影響鈷層，科學家施加了兩個交叉電流和一個平面內磁場來改變磁對稱性。同時，它們感應出短脈衝電流流過鉑的下層。結果，具有不同極性的電子自旋（定向為「向上」和「向下」，分別對應於模式1和0）轉向鉑層的相對表面，產生了純自旋電流，該自旋電流影響了電子的自旋磁性層。在某些條件下，鈷層的自旋被轉換。這意味著該單元格從0切換為1。

由於電流脈衝通過了另外兩個正交（垂直）放置的觸點，因此可以控制鈷層中的不同磁狀態，從而實現三值邏輯的不同狀態。事實證明，這樣的正交電流可以更低，並且有機會控制分層結構中的其他中間穩定磁態，這對於神經形態裝置的發展很重要。而且，諸如AND，OR，NOT-AND和NOT-OR的邏輯運算可以通過一定的交叉電流序列在結構中調用。

亞歷山大·薩瑪達克（Alexander Samardak）解釋說，我們還需要進一步研究，才能使真正的自旋電子設備和以三值邏輯運行的神經形態系統。

首先，必須消除施加於開關磁對稱的恆定磁場。其次，為了實現晶片上元件的高密度，有必要將單元尺寸減小到100-200 nm。第三，必須準確地讀取磁性層的不同狀態，這需要基於隧道磁阻效應的高度靈敏的傳感器。

科學家注意到，第一臺基於三值邏輯的計算機是1960年代初期在蘇聯開發的。由NP Brusentsov教授（莫斯科羅蒙諾索夫國立大學）領導的科學小組實施了名為Setun的項目。但是，儘管Setun相對於二進位邏輯操作的機器具有許多優勢，但並未得到廣泛認可。

在過去的八年中，FEFU電影技術實驗室的科學家與中國科學院的同事，生產領域以及自旋電子學薄膜系統研究的領導者進行了合作。在此期間，他們已經開發了幾個有關磁傳感器和納米級自旋系統的聯合項目。

責任編輯：gt

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