Российские ученые ускорили сверхпроводящую память в сотни раз

Исследователи из МФТИ и МГУ разработали новый тип ячеек памяти на основе сверхпроводников. Они могут работать в сотни раз быстрее, чем распространенные сегодня типы запоминающих устройств.

Российские ученые предлагают делать элементарные ячейки памяти на основе квантовых эффектов в «сэндвичах» из чередующихся слоев сверхпроводника-диэлектрика-сверхпроводника. Электроны в таких структурах (их называют контактами Джозефсона) могут туннелировать из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь непроводящий диэлектрик — примерно как мячики пролетают сквозь дырявую стену.

Сегодня контакты Джозефсона используются как в квантовых устройствах, так и в классических. Например, на базе сверхпроводящих кубитов построен квантовый компьютер D-wave. Сейчас наибольший практический интерес представляют джозефсоновские контакты с использованием ферромагнетиков в качестве середины «сэндвича». В элементах памяти на их основе информация кодируется в направлении вектора магнитного поля в ферромагнетике. Но у таких схем есть два принципиальных недостатка: во-первых, невысокая плотность «упаковки» элементов памяти (на плату еще нужно наносить дополнительные цепи для подпитки ячеек), а во-вторых, ограниченная скорость записи (вектор намагниченности нельзя менять быстро).

Поэтому российские физики предложили кодировать данные в джозефсоновских ячейках не в намагниченности, а в величине тока сверхпроводимости. Изучая свою систему, ученые обнаружили, что при определенных размерах сэндвича она может иметь два минимума энергии, а значит, находиться в одном из двух различных состояний с разными характерными величинами токов. Эти два минимума можно использовать для записи данных — нулей и единиц.

Для переключения системы из «нуля» в «единицу» и обратно ученые предлагают использовать токи, протекающие через один из слоев сверхпроводника. Считывать же состояние предлагается с помощью тока, который проходит через всю структуру. Эти операции требуют в сотни раз меньше времени, чем измерения намагниченности или перемагничивание ферромагнетика.

«Предложенная нами схема работы ячейки памяти не требует затрат времени на процессы намагничивания и размагничивания. Благодаря этому операции чтения и записи занимают лишь сотни пикосекунд, в зависимости от материалов и геометрии конкретной системы, в то время как традиционные схемы требуют в сотни и даже тысячи раз больше времени», — рассказал пресс-службе МФТИ ведущий автор исследований, руководитель лаборатории квантовых топологических явлений в сверхпроводниках МФТ, Александра Голубов.

Статья ученых опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Многие эксперты сегодня считают сверхпроводники одним из самых перспективных материалов для создания ячеек не только классической, но и квантовой памяти. В 2015 году российские физики уже представили прототип кубита, ячейки квантовой памяти.
Теги:

Читать еще на Чердаке: