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節(jié)能自旋開關(guān)切換狀態(tài)無需電流

來源：科技日報　時間：2019/5/17 8:11:02　用手機瀏覽

美國紐約大學(xué)研究人員開發(fā)出一種電壓控制的拓撲自旋開關(guān)（VTOPSS），只需要電場而不需要電流，就能在兩種布爾邏輯狀態(tài)之間切換。研究人員認為，這一新技術(shù)可大大減少能耗及產(chǎn)生的熱量，比現(xiàn)有的自旋電子技術(shù)和CMOS技術(shù)更有競爭力，具有良好發(fā)展前景。

現(xiàn)在的邏輯和存儲設(shè)備，如計算機硬盤驅(qū)動器，通過納米磁機制來存儲和操縱信息，需要利用電流傳輸自旋信息，控制磁性，會產(chǎn)生熱量及能量損失，從而增加運行成本。對于大型服務(wù)器或需要大量存儲器的人工智能應(yīng)用來說，這種能耗成本巨大。而VTOPSS利用拓撲絕緣體和低力矩磁性絕緣體組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以在不帶電的情況下傳輸自旋信息，進而降低能耗。

研究人員在最新出版的《物理評論應(yīng)用》雜志上對VTOPSS的工作原理、性能指標(biāo)等情況做了介紹。基準(zhǔn)測試結(jié)果顯示，與現(xiàn)有的全自旋邏輯器件和電荷自旋邏輯器件相比，VTOPSS的能耗低了10—70倍，能量延遲積低了70—1700倍。而隨著材料性能的提高，VTOPSS的能耗和能量延遲積甚至可以分別降到幾阿托焦耳（1阿托焦耳等于10-18焦耳）/比特和10-28焦耳/秒。與現(xiàn)有的CMOS技術(shù)相比，VTOPSS技術(shù)同樣頗具競爭力。研究表明，控制CMOS邏輯性能的互連問題對VTOPSS來說相對不那么重要，這意味著可以用高電阻材料來互連VTOPSS設(shè)備。

研究人員指出，雖然VTOPSS這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件仍比硅晶體管稍慢，但它集成了邏輯與非易失性內(nèi)存，從而增加了功能和電路設(shè)計的可能性。此外，由于減少了對云內(nèi)存的依賴，VTOPSS讓黑客更難以獲得對系統(tǒng)硬件的訪問權(quán)限，在保證計算安全性方面也更具潛力。

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