可用于量子处理器和模拟人脑装置的三值逻辑模式运行的微观结构

据俄罗斯卫星通讯4月22日消息，俄罗斯远东联邦大学自然科学学院和中国科学院的科学家联合研发出能够以三值逻辑模式运行的微观结构。这种微观结构既可以同时作为处理器和存储单元应用于量子处理器和模拟人脑装置的建造工程。

这种微观结构由纳米级的白金、钴（只有0.8纳米厚）、氧化镁层和白金表层组成。它为建造新的电子和自旋电子设备，量子处理器和模仿人类大脑活动的神经形态系统系统铺平了道路。

该项目俄方领导人、远东联邦大学自然科学学院计算机系统教研室副教授亚历山大∙萨马尔达克指出，“三值逻辑大幅超越二值逻辑（0和1），其原理将为不远的未来建造智能计算机奠定基础。此类装置运算速度更快，寿命更长，能耗更低。”

相关研究成果，以“Chirality-Reversible Multistate Switching via Two Orthogonal Spin-Orbit Torques in a Perpendicularly Magnetized System”为题，发表在《Physical Review Applied》上。

当代的计算机处理器消耗大量能量，用存储单元代表不同的隔室，其功效受到二值逻辑的限制。这些障碍限制了计算机设备在小型化和快速性能上的进一步发展。

在俄罗斯基础研究基金会（RFBR）和中国科学院的联合项目中，FEFU自然科学学院的科学家开发出了由纳米层的铂，钴（仅0.8 nm），氧化镁和铂涂层。

为了获得自旋电流并影响钴层，科学家施加了两个交叉电流和一个平面内磁场来改变磁对称性。同时，它们感应出短脉冲电流流过铂的下层。结果，具有不同极性的电子自旋（定向为“向上”和“向下”，分别对应于模式1和0）转向铂层的相对表面，产生了纯自旋电流，该自旋电流影响了电子的自旋磁性层。在某些条件下，钴层的自旋被转换。这意味着该单元格从0切换为1。

由于电流脉冲通过了另外两个正交（垂直）放置的触点，因此可以控制钴层中的不同磁状态，从而实现三值逻辑的不同状态。事实证明，这样的正交电流可以更低，并且有机会控制分层结构中的其他中间稳定磁态，这对于神经形态装置的发展很重要。而且，诸如AND，OR，NOT-AND和NOT-OR的逻辑运算可以通过一定的交叉电流序列在结构中调用。

亚历山大·萨玛达克（Alexander Samardak）解释说，我们还需要进一步研究，才能使真正的自旋电子设备和以三值逻辑运行的神经形态系统。

首先，必须消除施加于开关磁对称的恒定磁场。其次，为了实现芯片上元件的高密度，有必要将单元尺寸减小到100-200 nm。第三，必须准确地读取磁性层的不同状态，这需要基于隧道磁阻效应的高度灵敏的传感器。

科学家注意到，第一台基于三值逻辑的计算机是1960年代初期在苏联开发的。由NP Brusentsov教授（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）领导的科学小组实施了名为Setun的项目。但是，尽管Setun相对于二进制逻辑操作的机器具有许多优势，但并未得到广泛认可。

在过去的八年中，FEFU电影技术实验室的科学家与中国科学院的同事，生产领域以及自旋电子学薄膜系统研究的领导者进行了合作。在此期间，他们已经开发了几个有关磁传感器和纳米级自旋系统的联合项目。

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