Les scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU, Vladivostok, Russie) en collaboration avec des collègues de l'Académie chinoise des sciences (Pékin) ont conçu une microstructure d'oxyde de platine-cobalt-magnésium recouverte de platine capable de fonctionner en mode logique à trois valeurs (vrai/faux/je ne sais pas). Il ouvre la voie à la construction de nouveaux dispositifs électroniques et spintroniques, processeurs quantiques qutrit (trois positions au lieu de deux de qubits), et des systèmes neuromorphiques imitant l'activité cérébrale humaine. Un article connexe est publié dans Examen physique appliqué .

Les processeurs informatiques contemporains consomment beaucoup d'énergie, représenter différents compartiments avec des cellules mémoire, et leur efficacité est limitée par une logique à deux valeurs (vrai/faux). Ces trois obstacles freinent le développement ultérieur des dispositifs informatiques sur la voie de la miniaturisation et des performances rapides.

Dans le cadre d'un projet conjoint de la Fondation russe pour la recherche fondamentale (RFBR) et de l'Académie chinoise des sciences, scientifiques de l'École des sciences naturelles, FEFU, développé une microstructure en forme de croix constituée de couches nanométriques de platine, cobalt (seulement 0,8 nm), oxyde de magnésium, et une couche de revêtement de platine.

La structure peut être une plate-forme unique fonctionnant simultanément en tant que processeur et puce mémoire. Cette fonctionnalité peut contribuer à la miniaturisation des dispositifs mis en œuvre sur la plateforme. Il pourrait être appliqué dans les dispositifs électroniques et spintroniques fonctionnant sur la logique à trois valeurs, y compris les processeurs quantiques qutrit (système à trois niveaux au lieu de qubits à deux niveaux), et les systèmes neuromorphiques qui imitent la fonctionnalité du cerveau humain.

"En raison d'une certaine séquence de couches et de la commutation des spins des électrons dans la couche de platine inférieure, nous sommes capables de contrôler efficacement trois états magnétiques dans la couche de cobalt. Ces états correspondent à des modes logiques à trois valeurs qui sont -1, 1 et 0 ou vrai, faux, ne sais pas, en termes de langage régulier. La logique à trois valeurs (la logique d'Aristote) est de loin supérieure au binaire, Logique booléenne (0/1). Ses principes jettent les bases des ordinateurs intelligents dans un avenir proche. Ces nouveaux appareils auront des performances plus élevées, espérance de vie plus longue, et une consommation d'énergie inférieure par rapport aux appareils construits sur d'autres principes, " a déclaré Alexandre Samardak, chef de projet du côté russe, professeur agrégé de systèmes informatiques à l'École des sciences naturelles de la FEFU.

Pour obtenir le courant de spin et affecter la couche de cobalt, les scientifiques ont appliqué deux courants croisés et un champ magnétique dans le plan pour déplacer la symétrie magnétique. À la fois, ils induisaient un courant à courte impulsion traversant la couche inférieure de platine. Par conséquent, les spins des électrons de polarité différente (orientés "haut" et "bas, " correspondant aux modes 1 et 0) tournés vers des surfaces opposées de la couche de platine, produisant un courant de spin pur qui affecte les spins des électrons de la couche magnétique. Sous certaines conditions, les spins de la couche de cobalt ont été inversés. Cela signifiait que la cellule passait de 0 à 1 par analogie.

En raison des impulsions de courant, qui ont été passés à travers deux autres contacts situés orthogonalement (perpendiculairement), il était possible de contrôler différents états magnétiques dans la couche de cobalt, mettant ainsi en œuvre différents états de la logique à trois valeurs. Il s'est avéré que de tels courants orthogonaux peuvent être inférieurs, et il y avait une opportunité de contrôler d'autres états magnétiques stables intermédiaires dans la structure en couches, ce qui est important pour le développement de dispositifs neuromorphiques. De plus, des opérations logiques telles que ET, OU, NON-ET et NON-OU peuvent être appelés dans la structure au moyen d'une certaine séquence de courants croisés. C'est une approche plus sophistiquée et élégante qu'un ensemble de portes semi-conductrices (transistors, résistances, diodes) actuellement utilisées.

Alexander Samardak a expliqué que dans le document de recherche, les scientifiques n'ont indiqué que la pointe de l'iceberg, et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour réaliser de véritables dispositifs spintroniques et systèmes neuromorphiques fonctionnant sur une logique à trois valeurs.

D'abord, il faut se débarrasser du champ magnétique constant appliqué pour basculer la symétrie magnétique. Deuxièmement, il est nécessaire de réduire la taille des cellules à 100-200 nm afin de mettre en œuvre une densité élevée des éléments sur la puce. Troisièmement, il est nécessaire de délivrer une lecture précise des différents états de la couche magnétique, ce qui nécessite des capteurs très sensibles basés sur l'effet de la magnétorésistance tunnel.

Les scientifiques notent que le premier ordinateur basé sur une logique à trois valeurs a été développé en URSS au début des années 1960. Un groupe scientifique dirigé par le professeur N. P. Brusentsov (Université d'État Lomonossov de Moscou) a mis en œuvre le projet appelé Setun. Cependant, Setun n'était pas largement reconnu, malgré un certain nombre de ses avantages par rapport aux machines à logique binaire.

Depuis huit ans, des scientifiques du laboratoire FEFU pour les technologies cinématographiques ont coopéré avec des collègues de l'Académie chinoise des sciences, leaders dans le domaine de la production et de l'étude des systèmes à couches minces pour la spintronique. Pendant ce temps, ils ont développé plusieurs projets communs sur les capteurs magnétiques et les systèmes de spin à l'échelle nanométrique.