Dispositivi logici e di memoria, come i dischi rigidi dei computer, ora utilizzano meccanismi nanomagnetici per memorizzare e manipolare le informazioni. A differenza dei transistor al silicio, che hanno limiti di efficienza fondamentali, non richiedono energia per mantenere il loro stato magnetico:l'energia è necessaria solo per leggere e scrivere informazioni.

Un metodo per controllare il magnetismo utilizza la corrente elettrica che trasporta lo spin per scrivere informazioni, ma questo di solito comporta una carica fluente. Poiché questo genera perdite di calore e di energia, i costi possono essere enormi, in particolare nel caso di server farm di grandi dimensioni o in applicazioni come l'intelligenza artificiale, che richiedono enormi quantità di memoria. Rotazione, però, può essere trasportato senza carica con l'uso di un isolante topologico, un materiale il cui interno è isolante ma che può supportare il flusso di elettroni sulla sua superficie.

In una nuova pubblicazione Revisione fisica applicata carta, ricercatori della New York University introducono uno spin switch topologico controllato in tensione (vTOPSS) che richiede solo campi elettrici, piuttosto che correnti, per passare tra due stati logici booleani, riducendo notevolmente il calore generato e l'energia utilizzata. Il team è composto da Shaloo Rakheja, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la NYU Tandon School of Engineering, e Andrew D. Kent, un professore di fisica della New York University e direttore del Centro universitario per i fenomeni quantistici, lungo Michael E. Flatté, professore all'Università dell'Iowa.

Rakheja utilizza una semplice analogia per spiegare l'impatto del passaggio tra due stati in modo più efficace. "Immagina se stavi preparando una ricetta e dovessi andare in un'altra stanza ogni volta che avevi bisogno di un ingrediente prima di tornare in cucina per aggiungerlo, " dice. "È altrettanto inefficiente quando le parti dell'hardware di elaborazione necessarie per eseguire un calcolo e le parti necessarie per memorizzarlo non sono ben integrate".

Mentre dispositivi eterostrutturali come il loro, composto da un isolante magnetico e un isolante topologico, sono ancora leggermente più lenti dei transistor al silicio, vTOPSS aumenta le funzionalità e le possibilità di progettazione dei circuiti, in quanto dispone di logica integrata e memoria non volatile. "Questo è in definitiva una questione di esperienza dell'utente e funzionalità aggiuntive, "dice Rakheja.

Poiché vTOPPS ridurrà la dipendenza dalla memoria cloud, contiene anche il potenziale per rendere l'informatica più sicura, poiché gli hacker avranno maggiori difficoltà ad accedere all'hardware di un sistema. I prossimi passi includeranno un'ulteriore ottimizzazione a livello di materiali e design per migliorare la velocità di commutazione, oltre allo sviluppo di prototipi.