Форма наномагнитов делает вычислительные системы энергоэффективнее

07.08.2026

Снижение энергопотребления остается одной из главных задач современной электроники. Миллиарды микроскопических переключателей, работающих в компьютерах и других вычислительных устройствах, расходуют энергию при каждом изменении своего состояния. Ученые ищут способы уменьшить эти потери и одновременно сохранить надежность вычислений. Одно из перспективных направлений связано с наномагнитными системами, где управление движением энергии может осуществляться не дополнительным расходом электричества, а за счет особенностей геометрии.

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили фундаментальное геометрическое правило, позволяющее контролировать перемещение энергии в системах из наномагнитов. Работа проводилась под руководством специалиста по материаловедению Хана Аравы. Полученные результаты могут оказаться полезными при создании вычислительных устройств нового поколения, которым потребуется значительно меньше энергии для выполнения операций.

Чтобы проверить влияние геометрии, ученые исследовали систему всего из четырех наномагнитов, расположенных на квадратной пластине. В ходе экспериментов они последовательно изменяли угол между элементами, переводя их расположение от конфигурации, напоминающей греческий крест, к форме квадрата. За изменением энергетических состояний исследователи наблюдали с помощью магнитно-силовой микроскопии, что позволило проследить конкретные пути, по которым система возвращается к стабильному состоянию.

Оказалось, что положение наномагнитов играет гораздо более существенную роль, чем можно было предположить. Именно геометрия конфигурации определяет характер перехода системы в устойчивое состояние: он может происходить предсказуемым образом либо иметь вероятностный характер. При этом для изменения поведения системы не требуется дополнительный источник энергии. Достаточно изменить угол расположения магнитных элементов, фактически используя геометрию конструкции как инструмент управления энергетическим процессом.

Физически происходящее можно представить на простом примере с мячом, скатывающимся с горы. Под действием силы тяжести он стремится двигаться к области с меньшей потенциальной энергией, однако конкретная траектория зависит от формы поверхности. Аналогичным образом ведут себя наномагниты: особенности их расположения формируют энергетический ландшафт системы и определяют, каким путем она будет переходить в более устойчивое состояние. Изменяя геометрию, исследователи получают возможность управлять этим процессом без непосредственного расходования дополнительной энергии.

Особенно важным результатом стало то, что обнаруженный эффект не ограничивается экспериментальной системой из четырех элементов. По мнению исследователей, выявленный принцип способен масштабироваться на значительно более крупные структуры. Если объединить тысячи аналогичных кластеров, можно получить сложные наномагнитные системы, в которых заранее заданная геометрия будет определять движение энергии и последовательность переходов между состояниями.

Такой подход потенциально открывает путь к совершенно иной архитектуре вычислительных устройств. В традиционной электронике переключение многочисленных элементов сопровождается расходом энергии, тогда как наномагнитные системы могут использовать особенности своего энергетического ландшафта для выполнения определенных операций. Если инженерам удастся надежно управлять такими процессами в больших массивах, геометрические параметры самих элементов смогут стать одним из инструментов программирования поведения аппаратуры.

<< Назад: Переносной ветрогенератор Ventyra R1 08.08.2026

>> Вперед: Massey Ferguson MF 5M.115: торможение без выжимания сцепления 07.08.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива Совы и тишина пропеллеров 07.07.2015 Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) разработали технологию, которая поможет значительно снизить шум от работы пропеллеров. Исследователи уверяют, что в своей работе они ориентировались на сов, которые способны летать почти бесшумно. Такую способность они приобрели благодаря сложной структуре перьев. На передней части крыла располагаются гибкие щетинки, а на задней - эластичная окантовка. Это позволяет снизить турбулентность воздушных потоков и тем самым уменьшить шум. Ученые напечатали на 3D-принтере пластик с поверхностью, напоминающей конструкцию крыльев совы, и испытали его на экспериментальной турбине. Замеры показали снижение уровня шума на 10 децибел. Использование такого материала в турбинах позволит увеличить частоту вращения и выработку энергии, а в перспективе покрытие планируется применять на пропеллерах авиационной техники.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026