科学家开发用于构建纳米电子和量子处理器的平台

　　远东联邦大学（FEFU、Vladivostok、Russia）的科学家与中国科学院（北京）的同事一起设计了一种铂-钴-氧化镁微结构，该微结构涂有铂，可以在三值逻辑模式下运行（是/否/不知道）。它为建造新的电子和自旋电子设备、量子处理器（三个位置而不是两个量子位）和模仿人类大脑活动的神经形态系统系统铺平了道路。

　　现代计算机处理器消耗大量的能量，用存储单元来表示不同的分区，其效率受到两值逻辑（真/假）的限制。这三大障碍制约了计算机设备向小型化、快速化方向的进一步发展。

　　在俄罗斯基础研究基金会（RFBR）和中国科学院的一个联合项目中，来自自然科学院FEFU的科学家们开发了一种由纳米铂、钴（仅0.8nm）、氧化镁和铂涂层组成的十字形微结构。

　　该结构可以作为处理器和存储器芯片同时执行的单个平台。这一特性有助于平台上实现的设备的小型化。它可以应用于在三值逻辑上工作的电子和自旋电子设备，包括量子处理器（三级系统而不是两级量子比特）、以及模拟人脑功能的神经形态系统。

　　费夫自然科学学院计算机系统副教授、俄方项目经理亚历山大·萨马拉达克说：“由于在低铂层有一定的层序和电子自旋的转换，我们能够有效地控制钴层中的三种磁状态。这些状态对应于正则语言中的三值逻辑模式，即-1、1和0或真、假、不知道。三值逻辑（亚里士多德的逻辑）远优于二元布尔逻辑（0/1）。它的原理为智能计算机在不久的将来奠定了基础。与基于其他原理的设备相比，这些新设备将具有更高的性能、更长的寿命和更低的能耗，”

　　为了获得自旋电流并影响钴层，科学家们施加了两个交叉电流和一个面内磁场来改变磁对称性。同时，它们诱导了一个短脉冲电流通过铂的下层。结果，具有不同极性的电子的自旋（与模式1和0相对应的“向上”和“向下”）转向铂层的相反表面，产生影响磁层电子自旋的纯自旋电流。在一定条件下，钴层的自旋发生了变化。这意味着在类比中细胞从0切换到1。

　　由于电流脉冲通过另外两个正交（垂直）定位的触点，因此可以控制钴层中的不同磁状态，从而实现三值逻辑的不同状态。结果表明，这种正交电流可以更低，并且有机会控制层状结构中的其他中间稳定磁状态，这对神经形态器件的发展具有重要意义。此外，诸如AND、OR、NOT-AND和NOT-OR之类的逻辑操作可以通过一定的交叉流序列在结构中调用。与目前使用的一组半导体门（晶体管、电阻器、二极管）相比，这是一种更为复杂和优雅的方法。

　　亚历山大·萨玛达克（Alexander Samardak）解释说，在研究论文中，科学家们只指出了冰山一角，还需要进一步研究，才能使真正的自旋电子设备和以三值逻辑运行的神经形态系统。

　　首先，必须消除施加在开关磁对称性上的恒定磁场。其次，为了在芯片上实现高密度的元件，必须将单元尺寸减小到100-200nm。第三，需要精确地读取磁性层的不同状态，这就需要基于隧道磁电阻效应的高度灵敏传感器。

　　科学家们注意到，第一台基于三值逻辑的计算机是20世纪60年代初在苏联开发的，由N.P.Brusentsov教授（莫斯科国立大学洛蒙诺索夫分校）领导的一个科学小组实施了一个名为Setun的项目。然而，Setun并没有得到广泛的认可，尽管它比二进制逻辑操作的机器有许多优点。

　　八年来，菲弗薄膜技术实验室的科学家与中国科学院的同事、生产和自旋电子学薄膜系统研究领域的领军人物进行了合作。在这段时间里，他们开发了几个关于磁性传感器和纳米自旋系统的联合项目。

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