節能自旋開關切換狀態無需電流

科技日報華盛頓5月14日電 （記者劉海英）美國紐約大學研究人員開發出一種電壓控制的拓撲自旋開關（VTOPSS），只需要電場而不需要電流，就能在兩種布爾邏輯狀態之間切換。研究人員認為，這一新技術可大大減少能耗及產生的熱量，比現有的自旋電子技術和CMOS技術更有競爭力，具有良好發展前景。

現在的邏輯和存儲設備，如計算機硬碟驅動器，通過納米磁機制來存儲和操縱信息，需要利用電流傳輸自旋信息，控制磁性，會產生熱量及能量損失，從而增加運行成本。對於大型伺服器或需要大量存儲器的人工智慧應用來說，這種能耗成本巨大。而VTOPSS利用拓撲絕緣體和低力矩磁性絕緣體組成的異質結構，可以在不帶電的情況下傳輸自旋信息，進而降低能耗。

研究人員在最新出版的《物理評論應用》雜誌上對VTOPSS的工作原理、性能指標等情況做了介紹。基準測試結果顯示，與現有的全自旋邏輯器件和電荷自旋邏輯器件相比，VTOPSS的能耗低了10—70倍，能量延遲積低了70—1700倍。而隨著材料性能的提高，VTOPSS的能耗和能量延遲積甚至可以分別降到幾阿托焦耳（1阿托焦耳等於10-18焦耳）/比特和10-28焦耳/秒。與現有的CMOS技術相比，VTOPSS技術同樣頗具競爭力。研究表明，控制CMOS邏輯性能的互連問題對VTOPSS來說相對不那麼重要，這意味著可以用高電阻材料來互連VTOPSS設備。

研究人員指出，雖然VTOPSS這種異質結構器件仍比硅晶體管稍慢，但它集成了邏輯與非易失性內存，從而增加了功能和電路設計的可能性。此外，由於減少了對雲內存的依賴，VTOPSS讓黑客更難以獲得對系統硬體的訪問許可權，在保證計算安全性方面也更具潛力。

（來源：科技日報）

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