Процессор будущего
Ученые из Челябинского государственного университета (ЧелГУ) объявили о значительном прорыве, который может привести к созданию вычислительных устройств нового поколения. Их новая разработка – уникальный сплав – открывает перспективы для разработки микросхем, функционирующих на основе квантовых свойств электронов, что способно существенно увеличить производительность компьютеров. Результаты этого исследования были опубликованы в престижном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Современные вычислительные системы постепенно достигают пределов своих возможностей, особенно при решении сложных задач, которые легко поддаются человеческому мозгу, таких как мгновенное распознавание лиц, глубокое понимание речи или прогнозирование непредсказуемых явлений. В связи с этим возникает острая необходимость в принципиально иных подходах к созданию компьютерной техники.
Российские ученые создали новый материал для гибкой электроники
«Одним из наиболее многообещающих направлений, способных решить эту проблему, считается спинтроника. В отличие от традиционной электроники, где основой является заряд электрона, в устройствах спинтроники ключевую роль играет спин — врожденное квантовое свойство электрона, определяющее его магнитные характеристики», — сообщила доцент кафедры радиофизики и электроники ЧелГУ Оксана Павлухина.
Павлухина объяснила эту концепцию, предложив аналогию: если обычный компьютер можно сравнить с системой, где информация передается потоком воды (электрический заряд), то спинтроника фокусируется на «вращении» каждой отдельной молекулы воды (спине электрона). Такой новаторский подход позволяет разрабатывать вычислительные системы, которые не только превосходят по скорости существующие аналоги, но и потребляют значительно меньше энергии.
Для успешной реализации спинтронных устройств критически важно применять специальные материалы, обладающие высокой степенью спиновой поляризации. Этот параметр указывает на долю электронов в материале, ориентированных в одном направлении, что напрямую влияет на эффективность и стабильность работы будущего прибора.
Ученые обнаружили новое явление для квантовых технологий
В поисках идеальных материалов исследователи ЧелГУ обратили свое внимание на сплавы Гейслера, известные своими уникальными магнитными свойствами. Они начали с изучения трехкомпонентных сплавов Гейслера с изначально низкой спиновой поляризацией, которые ранее не рассматривались как перспективные для спинтроники. Целью было выяснить, можно ли на их основе создать четырехкомпонентные сплавы с улучшенными характеристиками.
Применяя теорию функционала плотности, ученые смогли синтезировать новые сплавы с выдающимися показателями спиновой поляризации. «Наши вычисления демонстрируют, что сплав, в котором галлий и мышьяк частично смешаны, проявляет стабильное полуметаллическое поведение со идеальной стопроцентной спиновой поляризацией«, — отметила Оксана Павлухина.
Создание микроэлектроники
Это фундаментальное исследование имеет огромное значение, поскольку оно предоставляет глубокое понимание механизмов целенаправленного изменения состава сплавов для достижения заданных свойств. В дальнейшем команда ученых ЧелГУ планирует продолжить изыскания в области создания сплавов, которые будут иметь решающее значение для разработки инновационных спинтронных устройств.
Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания №075-00186-25-00.
Москва, 15 октября 2025
