Scienziati dell'Università Federale dell'Estremo Oriente (FEFU, Vladivostok, Russia) insieme ai colleghi dell'Accademia cinese delle scienze (Pechino) hanno progettato una microstruttura di ossido di platino-cobalto-magnesio rivestita di platino in grado di funzionare in modalità logica a tre valori (vero/falso/non so). Apre la strada alla costruzione di nuovi dispositivi elettronici e spintronici, processori quantistici qutrit (tre posizioni invece di due di qubit), e sistemi neuromorfici che imitano l'attività cerebrale umana. Un articolo correlato è pubblicato in Revisione fisica applicata .

I processori dei computer contemporanei consumano molta energia, rappresentano diversi compartimenti con celle di memoria, e la loro efficacia è limitata dalla logica a due valori (vero/falso). Questi tre ostacoli frenano l'ulteriore sviluppo dei dispositivi informatici sulla via della miniaturizzazione e delle prestazioni veloci.

Nell'ambito di un progetto congiunto della Fondazione russa per la ricerca di base (RFBR) e dell'Accademia cinese delle scienze, scienziati della Scuola di Scienze Naturali, FFU, sviluppato una microstruttura a forma di croce costituita da strati nanometrici di platino, cobalto (solo 0,8 nm), ossido di magnesio, e uno strato di rivestimento di platino.

La struttura può essere una singola piattaforma che funge contemporaneamente da processore e chip di memoria. Questa funzionalità può contribuire alla miniaturizzazione dei dispositivi implementati sulla piattaforma. Potrebbe essere applicato in dispositivi elettronici e spintronici operanti sulla logica a tre valori, compresi i processori quantistici qutrit (sistema a tre livelli anziché qubit a due livelli), e sistemi neuromorfici che imitano la funzionalità del cervello umano.

"A causa di una certa sequenza di strati e della commutazione degli spin elettronici nello strato inferiore di platino, siamo in grado di controllare efficacemente tre stati magnetici nello strato di cobalto. Questi stati corrispondono ai modi logici a tre valori che sono -1, 1 e 0 o vero, falso, non lo so, nei termini del linguaggio regolare. La logica a tre valori (la logica di Aristotele) è di gran lunga superiore a quella binaria, Logica booleana (0/1). I suoi principi gettano le basi per i computer intelligenti nel prossimo futuro. Questi nuovi dispositivi avranno prestazioni superiori, durata della vita più lunga, e minor consumo di energia rispetto ai dispositivi basati su altri principi, " ha detto Alexander Samardak, project manager dalla parte russa, professore associato di sistemi informatici presso la Scuola di Scienze Naturali FEFU.

Per ottenere la corrente di spin e influenzare lo strato di cobalto, gli scienziati hanno applicato due correnti incrociate e un campo magnetico nel piano per spostare la simmetria magnetica. Allo stesso tempo, hanno indotto una corrente a breve impulso che passa attraverso lo strato inferiore di platino. Di conseguenza, gli spin di elettroni con polarità diversa (orientati "su" e "giù, " corrispondente ai modi 1 e 0) rivolto a superfici opposte dello strato di platino, producendo una corrente di spin pura che influenzava gli spin degli elettroni dello strato magnetico. A determinate condizioni, gli spin dello strato di cobalto sono stati scambiati. Significava che la cella passava da 0 a 1 in analogia.

A causa degli impulsi di corrente, che sono stati fatti passare attraverso altri due contatti posizionati ortogonalmente (perpendicolarmente), era possibile controllare diversi stati magnetici nello strato di cobalto, implementando così diversi stati della logica a tre valori. Si è scoperto che tali correnti ortogonali possono essere inferiori, e c'era l'opportunità di controllare altri stati magnetici stabili intermedi nella struttura a strati, importante per lo sviluppo di dispositivi neuromorfici. Inoltre, operazioni logiche come AND, O, NOT-AND e NOT-OR possono essere chiamati nella struttura per mezzo di una certa sequenza di correnti incrociate. È un approccio più sofisticato ed elegante di un insieme di porte a semiconduttore (transistor, resistori, diodi) attualmente in uso.

Alexander Samardak ha spiegato che nel documento di ricerca, gli scienziati hanno indicato solo la punta dell'iceberg, e sono necessarie ulteriori ricerche per realizzare dispositivi spintronici reali e sistemi neuromorfici operanti su una logica a tre valori.

Primo, è necessario eliminare il campo magnetico costante applicato per commutare la simmetria magnetica. In secondo luogo, è necessario ridurre la dimensione della cella a 100-200 nm per implementare un'alta densità degli elementi sul chip. In terzo luogo, è necessario fornire una lettura accurata dei diversi stati dello strato magnetico, che richiede sensori altamente sensibili basati sull'effetto della magnetoresistenza del tunnel.

Gli scienziati fanno notare che il primo computer basato sulla logica a tre valori è stato sviluppato in URSS nei primi anni '60. Un gruppo scientifico guidato dal professor N. P. Brusentsov (Lomonosov Moscow State University) ha implementato il progetto chiamato Setun. Però, Setun non era ampiamente riconosciuto, nonostante una serie di vantaggi rispetto alle macchine a logica binaria.

Negli ultimi otto anni, scienziati del laboratorio FEFU per le tecnologie cinematografiche hanno collaborato con i colleghi dell'Accademia cinese delle scienze, leader nel campo della produzione e dello studio di sistemi a film sottile per la spintronica. Durante questo periodo, hanno sviluppato diversi progetti congiunti su sensori magnetici e sistemi di spin su scala nanometrica.