​Ученым НИЦ "Курчатовский институт" удалось создать двумерный материал, который можно использовать при разработке электронных устройств. Результаты проекта, выполненного при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications. Считается, что сегодняшнее развитие вычислительной техники подошло к физическому пределу, не позволяющему дальнейшего уменьшения размеров и увеличения быстродействия процессоров. Ключом к преодолению этого барьера, возможно, станет разработка российских ученых.

Известный закон микроэлектроники, сформулированный в 1965 году одним из основателей корпорации Intel Гордоном Муром, гласит: каждые два года количество транзисторов на единицу площади микросхемы будет удваиваться. Это означало экспоненциальный - стремительный - рост быстродействия компьютеров и объемов электронной памяти. Столь же драматически должны уменьшаться размеры электронных устройств и их цена.

Последние 50 лет закон Мура выполнялся неукоснительно. Но сам же автор закона предупреждал, что этот "праздник" не может продолжаться вечно: рано или поздно миниатюризация упрется в непреодолимый барьер, воздвигнутый фундаментальными законами физики. Начиная со сверхмалых размеров элемента микросхемы - наноразмеров - проявятся квантовые эффекты, и транзисторы попросту не будут работать. Еще раньше проявится проблема скорости передачи данных от транзистора к транзистору: чем их больше, тем больше времени требуется на передачу и обработку информации в целом на микросхеме. Пределом здесь является сама скорость света, с которой передаются электрические сигналы. Другая фундаментальная проблема - необходимость отвода тепла, которого по мере возрастания числа электронных элементов на единицу площади микросхемы выделяется все больше и больше.

И вот в прошлом году все та же Intel, по сей день сохраняющая за собой статус флагмана электроники, объявила о кардинальной смене парадигмы.

- Для сохранения прогресса электроники нам придется через четыре пять лет перейти на совершенно новые, принципиально иные технологии, - заявил руководитель технологического департамента Intel Уильям Холт.

Этих технологий еще нет, но Уильям Холт обозначил главное направление их поиска.

Это так называемая спинтроника - электроника, основанная на квантовых свойствах электрона. Если современная электроника базируется на кремниевом транзисторе, способном находиться в одном из двух состояний - ноль или единица, то в будущей спинтронике ноль и единица задаются так называемым спином электрона, его квантовым состоянием, которое в определенных условиях тоже может принимать ровно одно из двух значений.

Спинтроника сулит не только дальнейшее уменьшение размеров электронных приборов, но и невероятное снижение их энергопотребления: переворот спина электрона, в отличие от переключения кремниевого транзистора, практически не требует энергии. Поэтому приборы новой электроники почти не будут греться, и, соответственно, инженерам не придется заботиться о постоянном охлаждении.

Главная задача на этом пути - найти, создать такой спинтронный материал, который позволил бы безболезненно интегрировать новую технологию в существующую кремниевую электронику.

- В заводы по производству кремниевых микросхем по всему миру вложены сотни миллиардов долларов, и никто не готов отказаться от этих инвестиций, - рассказал "Известиям" руководитель лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКСприродоподобных технологий, доктор физико-математических наук, профессор Вячеслав Сторчак. - Спинтроника должна будет входить на рынок постепенно, долгое время сосуществуя со старыми технологиями и элементной базой.

Ученые Курчатовского института создали именно такой материал, который позволит интегрировать спинтронику с кремниевой технологией. Он относится к классу двумерных материалов. Созданный курчатовскими физиками уникальный материал представляет собой тончайшую пленку магнита толщиной от одного до нескольких атомных слоев, позволяющего выстроить спины электронов в одном направлении и реализовать на его основе спинтронную технологию.

По оценке Вячеслава Сторчака, переход электроники на спинтронные технологии займет около двадцати лет. Но уже сейчас можно полагать, что процесс уменьшения размеров электронных устройств и увеличения их быстродействия продолжится, несмотря на предстоящее столкновение с физическими барьерами.

Дмитрий Людмирский

Похожие новости

  • 19/03/2018

    Российские ученые разработали новый способ борьбы с турбулентностью

    ​Необычный способ борьбы с турбулентностью в авиации разработали ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института проблем машиноведения (ИПМаш) РАН. Для предотвращения тряски и нырков воздушного судна они предлагают оснащать его крылья "перьями" - сотнями маленьких пластинок, самостоятельно меняющих пространственное положение в зависимости от давления воздуха.
    395
  • 20/06/2018

    Физики упростили проектирование оптических наносистем

    Физики нашли способ облегчить проектирование использующих графен и метаматериалы устройств, которые привлекают большое внимание как ученых, так и инженеров. Ученые создали модель, которая описывает взаимодействие света с произвольной поверхностью и позволяющую напрямую получить так называемую матрицу рассеяния — важнейшую характеристику оптической системы.
    205
  • 02/07/2018

    Проект Сибирского суперкомпьютерного центра представили на президиуме РАН

    ​В Москве обсудили развитие суперкомпьютерных цифровых технологий в Российской Федерации. Научный руководитель Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ), директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин на заседании президиума РАН отметил, что сегодня суперкомпьютеры представляют собой технологическое оружие.
    262
  • 14/06/2018

    Наночастицы нитрида титана повысят производительность оптоволоконных линий связи

    Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
    324
  • 03/07/2018

    Российские и корейские ученые разработали нанопену для звукоизоляции

    ​Командой учёных из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), научных центров России и Республики Кореи разработана эффективная и дешёвая в производстве звукопоглощающая нанопена. Материал способен снижать уровень шума на 100% больше стандартных аналогов, реагируя на звуковые волны не только высоких, но и низких частот, особенно опасных для здоровья человека.
    388
  • 19/03/2018

    В Сибирском государственном индустриальном университете получили особо прочный цемент

    ​В рамках соглашения с Институтом катализа Сибирского отделения Российской академии наук в СибГИУ были организованы (под руководством профессора А.Ю. Столбоушкина) совместные исследования по получению шлаковых цементов, модифицированных углеродными нановолокнами (УНВ).
    504
  • 04/09/2018

    Институт автоматики и электрометрии СО РАН на Международном форуме «Технопром-2018»

    ​27-30 августа в Новосибирске прошел VI Международный форум технологического развития и выставка «Технопром-2018». Ключевая тема форума в 2018 году - Наука как индустрия в условиях «идеального шторма».
    85
  • 22/05/2018

    «Экран – оптические системы» инвестирует 2,8 млрд рублей в новое производство в Новосибирске

    ​АО "Экран - оптические системы" совместно с Институтом физики полупроводников СО РАН (ИФП) намерено наладить в Новосибирске производство пластин наногетероструктур на основе арсенида галлия.
    264
  • 23/07/2018

    Магнитные нанодиски улучшат качество томографии

    Ученые России и США разработали магнитные наноструктуры, регистрируемые индукционными методами с рекордной чувствительностью в организме лабораторных животных in vivo.  Полученные магнитные микродиски позволят увеличить чувствительность и информативность различных методов визуализации органов и тканей, таких как магнитно-резонансная томография, MPQ и MPI (magnetic particle imaging).
    192
  • 12/07/2017

    В Новосибирской области создана 3D-фабрика в рамках программы реиндустриализации

    ​​"3D-​фабрика уже собрана на территории нашего предприятия, совместно с участниками «Сибирского металлурго-машиностроительного кластера» (СММ-кластер), и готова к тиражированию. В едином рабочем пространстве мы предусмотрели производство аддитивных порошков; их необходимый анализ и кондиционирование с формирование порошковых композиций, как сырья для 3D-принтера; подача порошка в принтер; печать готового изделия из металла.
    957