منوعات

اكتشف الباحثون إمكانات الأجهزة المغناطيسية ثنائية الأبعاد للحوسبة المستقبلية

تخيل مستقبلاً تستطيع فيه أجهزة الكمبيوتر التعلم واتخاذ القرارات بطريقة تحاكي التفكير البشري، ولكن بسرعة وكفاءة أكبر بكثير من قدرة أجهزة الكمبيوتر اليوم.

ابتكر فريق بحث من جامعة وايومنغ طريقة مبتكرة للتحكم في الحالات المغناطيسية الصغيرة داخل مغناطيس فان دير فالس ثنائي الأبعاد (2D) فائق الرقة – وهي عملية مشابهة لكيفية التحكم في الضغط على مفتاح كهربائي في المصباح الكهربائي.

يقول البروفيسور جيفا تيان، مساعد في قسم الأبحاث بجامعة ويسكونسن: “قد يؤدي اكتشافنا إلى أجهزة ذاكرة متقدمة تخزن المزيد من البيانات وتستهلك طاقة أقل أو تمكن من تطوير أنواع جديدة تمامًا من أجهزة الكمبيوتر التي يمكنها حل المشكلات المستعصية حاليًا بسرعة”. الفيزياء وعلم الفلك والمدير المؤقت لمركز UW لعلوم وهندسة المعلومات الكمومية.

كان تيان هو المؤلف المقابل لورقة بحثية بعنوان “نفق حالات الدوران المدفوعة بالتيار في بعض طبقات مغناطيس فان دير فالس”، والتي نُشرت اليوم (1 مايو) في الاتصالات الطبيعيةمجلة متعددة التخصصات مفتوحة الوصول مخصصة لنشر أبحاث عالية الجودة في جميع مجالات العلوم البيولوجية والصحية والفيزيائية والكيميائية والأرضية والاجتماعية والرياضية والتطبيقية والهندسية.

تتكون مواد فان دير فال من طبقات ثنائية الأبعاد مترابطة بقوة والتي يتم تجميعها معًا في البعد الثالث بواسطة قوى فان دير فال الأضعف. على سبيل المثال، الجرافيت هو مادة فان دير فالس المستخدمة على نطاق واسع في الصناعة في الأقطاب الكهربائية ومواد التشحيم والألياف والمبادلات الحرارية والبطاريات. إن طبيعة قوى فان دير فالس بين الطبقات تسمح للباحثين باستخدام الشريط اللاصق لتقشير الطبقات وصولاً إلى السمك الذري.

قام الفريق بتطوير جهاز يعرف باسم وصلة النفق المغناطيسي، والذي يستخدم ثلاثي يوديد الكروم – وهو مغناطيس عازل ثنائي الأبعاد يبلغ سمكه بضع ذرات فقط – محصور بين طبقتين من الجرافين. ويوضح تيان أنه من خلال إرسال تيار كهربائي صغير – يسمى تيار النفق – عبر هذه الساندويتش، يمكن تحديد اتجاه اتجاه المغناطيس للمجالات المغناطيسية (حوالي 100 نانومتر) داخل طبقات ثلاثي اليوديد الفردية من الكروم.

على وجه التحديد، “لا يستطيع تيار النفق هذا التحكم في اتجاه التبديل بين حالتي دوران مستقرتين فحسب، بل يمكنه أيضًا تحفيز التبديل بين حالات الدوران شبه المستقرة والتلاعب به، وهو ما يسمى التبديل العشوائي،” يوضح ZhuangEn Fu، وهو طالب دراسات عليا في مختبر أبحاث وأبحاث تيان. الآن باحث ما بعد الدكتوراه. باحث في جامعة ميريلاند.

وقال تيان: “هذا التقدم ليس مثيرا للاهتمام فحسب، بل إنه عملي للغاية. فهو يستهلك طاقة أقل بثلاث مرات من الطرق التقليدية، يشبه إلى حد كبير استبدال مصباح كهربائي قديم بمصباح LED، مما يجعله تغييرا محتملا للتكنولوجيا المستقبلية”. “يمكن أن يؤدي بحثنا إلى تطوير أجهزة حاسوبية جديدة أسرع وأصغر وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر قوة من أي وقت مضى. ويمثل بحثنا تقدمًا كبيرًا في مجال المغناطيسية عند الحد الثنائي الأبعاد ويمهد الطريق لمنصات جديدة – أشكال الحوسبة القوية، مثل أجهزة الكمبيوتر الاحتمالية.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر التقليدية البتات لتخزين المعلومات في شكل 0 و1. هذا الرمز الثنائي هو أساس جميع عمليات الكمبيوتر الكلاسيكية. تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية البتات الكمومية التي يمكن أن تمثل كلا من “0” و”1″، مما يزيد من قوة المعالجة بشكل كبير.

يشرح تيان: “في عملنا، قمنا بتطوير ما قد تعتقد أنه جزء احتمالي، يمكنه التبديل بين “0” و”1″ (حالتي دوران) بناءً على الاحتمالات التي يتحكم فيها تيار النفق”. “تعتمد هذه البتات على الخصائص الفريدة للمغناطيسات فائقة الرقة ثنائية الأبعاد ويمكن ربطها معًا بطريقة مشابهة للخلايا العصبية في الدماغ لتشكيل نوع جديد من الكمبيوتر، يسمى الكمبيوتر الاحتمالي.

يتابع تيان: “ما يجعل هذه الحواسيب الجديدة ثورية هو قدرتها على التعامل مع المهام الصعبة للغاية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر التقليدية وحتى الكمومية، مثل أنواع معينة من مهام التعلم الآلي المعقدة ومشاكل معالجة البيانات”. “إنها بطبيعتها تتحمل الأخطاء، وبسيطة التصميم، وتشغل مساحة أقل، مما قد يؤدي إلى تقنيات حوسبة أكثر كفاءة وقوة.”

تعاون هوا تشين، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة ولاية كولورادو، وألان ماكدونالد، أستاذ الفيزياء في جامعة تكساس-أوستن، لتطوير نموذج نظري يشرح كيف تؤثر تيارات الأنفاق على حالات الدوران في تقاطعات النفق المغناطيسي ثنائية الأبعاد. وكان المشاركون الآخرون من جامعة ولاية بنسلفانيا، وجامعة نورث إيسترن، والمعهد الوطني لعلوم المواد في ناميكي، تسوكوبا، اليابان.

تم تمويل الدراسة بمنح من وزارة الطاقة الأمريكية؛ وايومنغ ناسا EPSCoR (برنامج تم إنشاؤه لتحفيز البحوث التنافسية)؛ المؤسسة الوطنية للعلوم؛ ومبادرة المركز العالمي الأول للأبحاث الدولية ووزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا، وكلاهما في اليابان.

(علامات للترجمة) سبينترونيكس؛ الفيزياء؛ فيزياء الكم؛ تكنولوجيا الطاقة؛ البحث في مجال الإلكترونيات الدورانية؛ أجهزة الكمبيوتر والإنترنت. المعلوميات؛ علوم الكمبيوتر

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى