Учёные Токийского университета (The University of Tokyo) совместно с коллегами из Центра RIKEN CEMS представили принципиально новый тип энергоэффективного элемента памяти на основе квантово-механических явлений. Переключение состояний элемента опирается на перенос спин-орбитального момента электрона вместо обычного потока электронов (электрического тока), что позволяет памяти работать быстрее, с ничтожным потреблением и почти без износа.

Обзор Apple MacBook Neo: удивительно хороший ноутбук с процессором от iPhone

Больше кадров — больше лага: тестирование латентности с генерацией кадров DLSS и FSR

От Ryzen 7 1800X до Ryzen 7 9850X3D: девять лет эволюции AMD в одном тесте

Компьютер месяца — май 2026 года

Можно ли экономить на DDR5 для Ryzen? Сравниваем дешёвую память с дорогой

Источник изображения: The University of Tokyo

Нечто подобное происходит в случае магниторезистивной памяти MRAM. Более того, давно существуют прототипы памяти STT-MRAM (Spin-transfer Torque MRAM), основанные на том же эффекте переноса спин-орбитального момента электрона. Но японские учёные заявляют, что пошли ещё дальше и подобрали такие материалы, которые работают буквально от квантов энергии. Это почти исключает обычное течение тока и сопутствующие ему случайные столкновения электронов с атомами кристаллической решётки, ведущие к паразитному рассеиванию тепла — глобальной проблеме современной электроники.

Этим чудо-материалом оказался антиферромагнетик станнид тримарганца (Mn₃Sn, марганец плюс олово). Он является неколлинеарным антиферромагнетиком. Это значит, что атомы марганца в сплаве расположены в особой «кагоме»-решётке (Kagome lattice), а их магнитные моменты направлены под углом 120° друг к другу (как на рисунке). При этом, в отличие от обычных антиферромагнетиков, Mn₃Sn демонстрирует гигантский аномальный эффект Холла — то есть ведёт себя как ферромагнетик, создавая сильный направленный отклик на электрический ток, хотя его полная намагниченность почти равна нулю. По этим причинам материал быстро и сильно реагирует на привнесённый электроном спин-орбитальный момент — ему не нужны значительные токи для достижения эффекта переключения ячейки из одного магнитного состояния в другое.

Созданный учёными прототип магнитного переключателя способен менять своё логическое состояние всего за 40 пикосекунд, что примерно в 25 раз быстрее лучших современных коммерческих SRAM- и DRAM-элементов, работающих в диапазоне единиц наносекунд. Но главная особенность разработки — сочетание рекордной скорости с крайне низким энергопотреблением, что особенно важно для будущих дата-центров и специализированных ИИ-ускорителей, где проблема тепловыделения становится главным ограничителем роста производительности. Очень короткие управляющие импульсы длительностью 40 пс просто не позволяют элементу разогреться и направить мощность в бесполезное тепло.

Также исследователи продемонстрировали высокую стабильность циклов переключения элемента, что критически важно для энергонезависимой памяти следующего поколения. Заявленное число циклов переключения достигает 10¹², что недостижимо для современной энергонезависимой памяти.

Но и это ещё не все «чудеса». Отдельный прорыв в проекте связан с интеграцией фотонных технологий в элемент. Учёные показали, что переключение возможно не только электрическим сигналом, но и с помощью 60-пикосекундных фототоков, генерируемых лазером обычного телекоммуникационного диапазона (около 1550 нм) и фотоэлектрическим преобразователем. Это фактически демонстрация концепции прямого интерфейса между оптическими каналами передачи данных и магнитной памятью — без промежуточной громоздкой КМОП-логики. Для дата-центров это особенно важно: современные оптоволоконные магистрали уже работают именно в этом диапазоне длин волн, а значит, подобные элементы потенциально могут стать основой для сверхбыстрой опто-спинтронной памяти, напрямую связанной с межсерверными каналами связи.

Практическое значение работы выходит далеко за рамки лабораторного эксперимента. Если технология будет масштабирована до интегральных схем, она может лечь в основу нового класса вычислительных архитектур — энергонезависимых процессоров с почти мгновенным переключением состояний и минимальным энергопотреблением. Это особенно актуально для задач искусственного интеллекта, периферийных и экзафлопсных вычислений, где затраты на охлаждение уже сопоставимы с затратами на сами вычисления. По сути, японские исследователи приблизили создание памяти, которая сочетает преимущества DRAM по скорости и флеш-памяти по энергонезависимости, — комбинации, которую индустрия пытается реализовать уже более двух десятилетий.

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали магнитный транзистор, который может сделать электронику более энергоэффективной. Магниты известны людям уже тысячу лет, однако их свойства в электронике до сих пор не используются в полной мере. Исследователи из США восполняют этот пробел, предлагая магнитный транзистор с памятью — решение множества проблем современной электроники.

Компьютер месяца — май 2026 года

Обзор Apple MacBook Neo: удивительно хороший ноутбук с процессором от iPhone

Больше кадров — больше лага: тестирование латентности с генерацией кадров DLSS и FSR

Можно ли экономить на DDR5 для Ryzen? Сравниваем дешёвую память с дорогой

От Ryzen 7 1800X до Ryzen 7 9850X3D: девять лет эволюции AMD в одном тесте

Источник изображения: MIT

Основная проблема, которую решает разработка, — это фундаментальные ограничения кремниевых полупроводников: транзисторы не могут работать при напряжении ниже определённого порога, что ограничивает миниатюризацию и энергоэффективность устройств. Магнитный транзистор для управления потоком электронов использует их спин вместо традиционного заряда, что открывает путь к более компактным и экономичным схемам со встроенной памятью. Фактически, это развитие такого направления, как спинтроника.

В основе новой технологии лежит двумерный магнитный полупроводник — бромид сульфида хрома, который обладает уникальными магнитными свойствами и, что крайне важно, стабилен на воздухе. Материал наносится тонким слоем на кремниевую подложку, на которой предварительно формируются электроды для управления.

В отличие от кремниевых аналогов, магнитный транзистор переключается между двумя магнитными состояниями под действием внешнего магнитного поля, что изменяет его электронные свойства и позволяет работать с низкими затратами энергии. Кроме того, как выяснили учёные, электрический ток также может напрямую контролировать магнитные состояния — а это прямой путь к производству чипов с множеством таких транзисторов, что было бы затруднительно в случае управления только внешним магнитным полем.

Эксперименты с прототипом показали, что магнитный транзистор обеспечивает переключение или усиление электрического тока в 10 раз, тогда как существующие магнитные транзисторы дают лишь несколько процентов эффекта. Это приводит к более сильному и быстрому считыванию сигналов, делая устройство подходящим для высокопроизводительных приложений.

Наконец, магнитные свойства транзистора позволяют ему запоминать состояния, что делает его одновременно и ячейкой памяти — без необходимости записывать информацию куда-либо ещё. Подобное свойство ещё сильнее подчёркивает важность разработки, поскольку позволяет говорить о вычислениях в памяти — это особенно актуально в условиях развития ИИ и периферийных вычислений.

Учёные Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) впервые получили объёмное изображение скирмиона — наноразмерного магнитного вихря. Это настолько устойчивая структура, что она может служить элементом памяти и логики в обычных и квантовых вычислениях. Спиновая сущность скирмиона подразумевает предельно малое потребление энергии и высокую надёжность — всё это может привести к прорыву в системах хранения и расчётов.

Можно ли экономить на DDR5 для Ryzen? Сравниваем дешёвую память с дорогой

От Ryzen 7 1800X до Ryzen 7 9850X3D: девять лет эволюции AMD в одном тесте

Компьютер месяца — май 2026 года

Обзор Apple MacBook Neo: удивительно хороший ноутбук с процессором от iPhone

Больше кадров — больше лага: тестирование латентности с генерацией кадров DLSS и FSR

Источник изображения: Lawrence Berkeley National Laboratory

Традиционно магнитный скирмион рассматривался как двумерный объект. Однако в реальных условиях материал, в котором возникают скирмионы, имеет некий физический объём, в который скирмионы «запускают» свои «магнитные щупальца» и тоже приобретают объём. В этом объёме структура скирмионов не может считаться однородной. Их спиновая структура претерпевает изменения: от ориентации вверх строго в центре до ориентации строго вниз по краям. Это придаёт скирмионам определённые свойства, которые необходимо учитывать. Но сначала всё это нужно увидеть и измерить.

«Наши результаты обеспечивают основу для метрологии на наноуровне для устройств спинтроники», — сказал Питер Фишер (Peter Fischer), старший научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики США, который руководил исследованием.

Для исследования скирмионов учёным предоставила образец компания Western Digital, что само по себе интересно. Это многослойный материал из плёнок иридий/кобальт/платина шириной 800 нм и толщиной 95 нм. Образец исследовался с помощью мягкого рентгеновского излучения методом магнитно-рентгеновской ламинографии в Швейцарии.

С помощью рентгеновской ламинографии «вы можете в принципе реконфигурировать [скирмион] на основе множества изображений и данных», как пояснили авторы работы. Этот процесс занял месяцы и, в конце концов, позволил лучше понять спиновые структуры скирмионов. Полное понимание 3D-спиновой текстуры скирмионов «открывает возможности для изучения и адаптации 3D-топологических спинтронных устройств с расширенными функциональными возможностями, которые не могут быть достигнуты в двух измерениях».