Some SEO Title
Посты
Some SEO Title
График публикаций площадки
Всего 9 постов в 1 канале
Оптический логический элемент достиг рекордной скорости 240 гигагерц
Ученые из Сколтеха и Университета Вупперталя в Германии определили, что ранее разработанный ими полностью оптический универсальный логический вентиль может работать на скорости в 240 гигагерц при комнатной температуре.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review B ( https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.L161403 ), авторы также изучили, что ограничивает время между последовательными поляритонными конденсациями, рассмотрев эффект бимолекулярного гашения, который вносит основной вклад в ограничение скорости работы транзисторов.
Исследование поддержано грантом РНФ. В Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха, которой руководит старший вице-президент по фундаментальным исследованиям Сколтеха Павлос Лагудакис, заслуженный профессор и лауреат научной премии «Вызов», продолжают изучать, как ускорить вычисления и компьютеры с помощью оптики. Чтобы выполнять больше задач, компьютерам нужны быстрые процессоры, но полупроводниковая электроника с этой задачей не справляется — от высоких тактовых частот она очень быстро нагревается. Альтернативной ей могут стать оптические системы, которые могут работать в тысячу раз быстрее, чем электронные.
В своем раннем исследовании ученые создали универсальный логический элемент NOR (от англ. NOT — оператор отрицания и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов, а также является полностью оптическим — то есть работает без участия электрического тока. Такие логические элементы можно воспроизводить и соединять в цепи.
Скорость работы поляритонных транзисторов определяется тем, насколько быстро могут выполняться последовательные логические операции. Для этого требуется достаточное количество поляритонов, оставшихся от предыдущего состояния «1», чтобы обеспечить четкое различие между логическими состояниями «1» и «0». По мере увеличения рабочей частоты остаточные поляритоны от первого импульса могут непреднамеренно усиливать второй импульс, создавая, таким образом, паразитное усиление при некоторой ненулевой временной задержке между последовательностями импульсов.
«В нашей новой работе мы определили, с какой скоростью может работать наш логический вентиль — это 240 ГГц. Мы также описали эффект биомолекулярного гашения, который важно учитывать при расчетах, поскольку он ограничивает максимальную тактовую частоту поляритонного устройства — делокализация поляритонов приводит к дополнительным потерям», — поделился первый автор исследования, аспирант программы «Физика» в Сколтехе Михаил Миско.
Авторы пришли к выводу, что их наблюдения согласуются с теоретическими предсказаниями. Исследователи предложили модель, которая учитывает k-зависимые потери, чтобы успешно сопоставить экспериментальные данные из различных испытаний. В исследовании подчеркивается, что для достижения оптимальной производительности длительность импульсов накачки должна быть короче, чем характерное время соответствующих процессов, чтобы эффективно управлять поляритонной динамикой и расширять функциональные возможности оптических логических устройств.
Результаты исследования стали еще одним важным этапом на пути к созданию оптических компьютеров, которые смогут работать в сотни раз быстрее традиционных компьютеров.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/column/opticheskij-logicheskij-e
Ученые из Сколтеха и Университета Вупперталя в Германии определили, что ранее разработанный ими полностью оптический универсальный логический вентиль может работать на скорости в 240 гигагерц при комнатной температуре.
В статье, опубликованной в журнале Physical Review B ( https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.L161403 ), авторы также изучили, что ограничивает время между последовательными поляритонными конденсациями, рассмотрев эффект бимолекулярного гашения, который вносит основной вклад в ограничение скорости работы транзисторов.
Исследование поддержано грантом РНФ. В Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха, которой руководит старший вице-президент по фундаментальным исследованиям Сколтеха Павлос Лагудакис, заслуженный профессор и лауреат научной премии «Вызов», продолжают изучать, как ускорить вычисления и компьютеры с помощью оптики. Чтобы выполнять больше задач, компьютерам нужны быстрые процессоры, но полупроводниковая электроника с этой задачей не справляется — от высоких тактовых частот она очень быстро нагревается. Альтернативной ей могут стать оптические системы, которые могут работать в тысячу раз быстрее, чем электронные.
В своем раннем исследовании ученые создали универсальный логический элемент NOR (от англ. NOT — оператор отрицания и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов, а также является полностью оптическим — то есть работает без участия электрического тока. Такие логические элементы можно воспроизводить и соединять в цепи.
Скорость работы поляритонных транзисторов определяется тем, насколько быстро могут выполняться последовательные логические операции. Для этого требуется достаточное количество поляритонов, оставшихся от предыдущего состояния «1», чтобы обеспечить четкое различие между логическими состояниями «1» и «0». По мере увеличения рабочей частоты остаточные поляритоны от первого импульса могут непреднамеренно усиливать второй импульс, создавая, таким образом, паразитное усиление при некоторой ненулевой временной задержке между последовательностями импульсов.
«В нашей новой работе мы определили, с какой скоростью может работать наш логический вентиль — это 240 ГГц. Мы также описали эффект биомолекулярного гашения, который важно учитывать при расчетах, поскольку он ограничивает максимальную тактовую частоту поляритонного устройства — делокализация поляритонов приводит к дополнительным потерям», — поделился первый автор исследования, аспирант программы «Физика» в Сколтехе Михаил Миско.
Авторы пришли к выводу, что их наблюдения согласуются с теоретическими предсказаниями. Исследователи предложили модель, которая учитывает k-зависимые потери, чтобы успешно сопоставить экспериментальные данные из различных испытаний. В исследовании подчеркивается, что для достижения оптимальной производительности длительность импульсов накачки должна быть короче, чем характерное время соответствующих процессов, чтобы эффективно управлять поляритонной динамикой и расширять функциональные возможности оптических логических устройств.
Результаты исследования стали еще одним важным этапом на пути к созданию оптических компьютеров, которые смогут работать в сотни раз быстрее традиционных компьютеров.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/column/opticheskij-logicheskij-e
Физики нашли аномальный эффект Холла в антиферромагнетике без намагничивания
Ученые впервые зафиксировали аномальный эффект Холла в коллинеарном антиферромагнетике, который не был намагничен. Это неожиданно произошло в материале, где электроны ведут себя как не-Ферми-жидкость. Физикам предстоит заново разобраться в природе эффекта, который открывает путь к созданию новых технологий хранения данных.
Аномальный эффект Холла — явление, когда электрическое напряжение появляется поперек проводника без внешнего магнитного поля — обычно связывают с ферромагнетиками. В них электроны выстраивают спины в одном направлении, создавая намагниченность.
Однако в антиферромагнетиках спины соседних атомов направлены противоположно, компенсируя намагниченность. До сих пор считалось, что аномальный эффект Холла в таких материалах невозможен, а предыдущие попытки обнаружить эффект в них давали слабые сигналы.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications ( https://www.nature.com/articles/s41467-025-58476-0 ), впервые показали сильный аномальный эффект Холла в коллинеарном антиферромагнетике — материале, в котором спины атомов выстроены параллельно, но чередуют направление. Это противоречит существующим теориям и требует пересмотра механизмов, лежащих в основе явления.
Физики провели серию экспериментов с материалом V₁/₃NbS₂ — слоистой структурой из сульфида ниобия с добавлением ванадия. При охлаждении ниже 50 кельвин материал переходил в антиферромагнитное состояние.
Чтобы подтвердить коллинеарную антиферромагнитную структуру материала, ученые использовали дифракцию нейтронов. Она показала упорядоченное чередование спинов без намагниченности.
Дополнительно исследователи применили метод DFT+DMFT (сочетание теории функционала плотности и динамической теории среднего поля), чтобы проанализировать электронные свойства системы с учетом квантовых корреляций. Этот подход помог объяснить связь между необычным поведением электронов и топологией материала.
Ученые измерили эффект Холла в диапазоне температур от двух до 50 кельвин и магнитных полей до восьми тесл. Несмотря на отсутствие намагниченности, при двух кельвинах они фиксировали поперечное напряжение 0,1 микроома на сантиметр — в 10 раз выше, чем предсказывали классические модели. Эффект сохранялся даже при нулевом внешнем поле.
Главная аномалия эксперимента — связь эффекта с не-Ферми-жидкостным состоянием. В этом режиме электроны теряют свойства квазичастиц, а сопротивление материала становится пропорционально температуре, что характерно для квантово-критических систем. Такое поведение наблюдали в высокотемпературных сверхпроводниках, но в антиферромагнетиках — впервые.
Ученые предположили, что эффект связан с топологией электронных зон материала. В V₁/₃NbS₂ плоские зоны около уровня Ферми создают сильные корреляции между электронами. Это формирует «виртуальное магнитное поле», которое и вызывает аномальный эффект Холла.
Другая гипотеза — роль дефектов структуры. Рентгеновская дифракция выявила 15% ванадия в «неправильных» позициях. Такие дефекты могут создавать локальные искажения спиновой решетки, которые влияют на макроскопические свойства.
Открытие ставит новые вопросы. Как именно электронные корреляции и топология влияют на эффект? Можно ли управлять им, меняя состав материала? Ученые планируют проверить гипотезы с помощью рамановской спектроскопии и экспериментов под давлением.
Коллинеарные антиферромагнетики, подобные найденному, могут стать основой для энергоэффективной спинтроники. Их преимущество — отсутствие «паразитного» магнитного поля, что позволяет создавать сверхплотные устройства. Однако для этого предстоит научиться контролировать доменную структуру и минимизировать дефекты.
Новое исследование пересмотрело связь аномального эффекта Холла с намагниченностью и открыло новое направление в изучении квантовых материалов. Сочетание топологии, корреляций и антиферромагнетизма может привести к прорывам в электронике следующего поколения.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/physics/fiziki-nashli-anomalnyj-e
Ученые впервые зафиксировали аномальный эффект Холла в коллинеарном антиферромагнетике, который не был намагничен. Это неожиданно произошло в материале, где электроны ведут себя как не-Ферми-жидкость. Физикам предстоит заново разобраться в природе эффекта, который открывает путь к созданию новых технологий хранения данных.
Аномальный эффект Холла — явление, когда электрическое напряжение появляется поперек проводника без внешнего магнитного поля — обычно связывают с ферромагнетиками. В них электроны выстраивают спины в одном направлении, создавая намагниченность.
Однако в антиферромагнетиках спины соседних атомов направлены противоположно, компенсируя намагниченность. До сих пор считалось, что аномальный эффект Холла в таких материалах невозможен, а предыдущие попытки обнаружить эффект в них давали слабые сигналы.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Communications ( https://www.nature.com/articles/s41467-025-58476-0 ), впервые показали сильный аномальный эффект Холла в коллинеарном антиферромагнетике — материале, в котором спины атомов выстроены параллельно, но чередуют направление. Это противоречит существующим теориям и требует пересмотра механизмов, лежащих в основе явления.
Физики провели серию экспериментов с материалом V₁/₃NbS₂ — слоистой структурой из сульфида ниобия с добавлением ванадия. При охлаждении ниже 50 кельвин материал переходил в антиферромагнитное состояние.
Чтобы подтвердить коллинеарную антиферромагнитную структуру материала, ученые использовали дифракцию нейтронов. Она показала упорядоченное чередование спинов без намагниченности.
Дополнительно исследователи применили метод DFT+DMFT (сочетание теории функционала плотности и динамической теории среднего поля), чтобы проанализировать электронные свойства системы с учетом квантовых корреляций. Этот подход помог объяснить связь между необычным поведением электронов и топологией материала.
Ученые измерили эффект Холла в диапазоне температур от двух до 50 кельвин и магнитных полей до восьми тесл. Несмотря на отсутствие намагниченности, при двух кельвинах они фиксировали поперечное напряжение 0,1 микроома на сантиметр — в 10 раз выше, чем предсказывали классические модели. Эффект сохранялся даже при нулевом внешнем поле.
Главная аномалия эксперимента — связь эффекта с не-Ферми-жидкостным состоянием. В этом режиме электроны теряют свойства квазичастиц, а сопротивление материала становится пропорционально температуре, что характерно для квантово-критических систем. Такое поведение наблюдали в высокотемпературных сверхпроводниках, но в антиферромагнетиках — впервые.
Ученые предположили, что эффект связан с топологией электронных зон материала. В V₁/₃NbS₂ плоские зоны около уровня Ферми создают сильные корреляции между электронами. Это формирует «виртуальное магнитное поле», которое и вызывает аномальный эффект Холла.
Другая гипотеза — роль дефектов структуры. Рентгеновская дифракция выявила 15% ванадия в «неправильных» позициях. Такие дефекты могут создавать локальные искажения спиновой решетки, которые влияют на макроскопические свойства.
Открытие ставит новые вопросы. Как именно электронные корреляции и топология влияют на эффект? Можно ли управлять им, меняя состав материала? Ученые планируют проверить гипотезы с помощью рамановской спектроскопии и экспериментов под давлением.
Коллинеарные антиферромагнетики, подобные найденному, могут стать основой для энергоэффективной спинтроники. Их преимущество — отсутствие «паразитного» магнитного поля, что позволяет создавать сверхплотные устройства. Однако для этого предстоит научиться контролировать доменную структуру и минимизировать дефекты.
Новое исследование пересмотрело связь аномального эффекта Холла с намагниченностью и открыло новое направление в изучении квантовых материалов. Сочетание топологии, корреляций и антиферромагнетизма может привести к прорывам в электронике следующего поколения.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/physics/fiziki-nashli-anomalnyj-e
Немного нейросетевой поэзии от ГигаЧата на полупроводниковую тематику.
Немного нейросетевой поэзии от ГигаЧата на полупроводниковую тематику.
Физики создали компактные фотонно-электронные чипы, обеспечивающие передачу 800 гигабайт данных в секунду
Ученые смогли собрать трехмерный фотонно-электронный чип, быстро и энергетически дешево передающий данные. Ученые говорят, что их разработка может обеспечить технологиям искусственного интеллекта давно необходимые параметры аппаратуры для вычислений.
Развитие систем искусственного интеллекта ограничено в том числе их энергетической эффективностью и «узкими местами» в передаче данных — ограничениями пропускной способности устройств. Эти проблемы становятся особенно актуальными с ростом сложности и масштаба задач, которые они решают. Кроме того, передача данных между процессорами и памятью в традиционных архитектурах создает задержки и ограничивает общую производительность системы.
Ученые и инженеры ищут решения этих проблем, чтобы сделать ИИ более доступным, быстрым и экологичным инструментом. Одним из таких решений может стать интеграция фотонных технологий, которые позволяют передавать данные с помощью света, что значительно увеличивает скорость и снижает энергопотребление.
Исследователи из Колумбийского университета (США) создали трехмерную фотонно-электронную платформу, обеспечивающую беспрецедентную энергоэффективность и плотность пропускной способности. Устройство обеспечивает пропускную способность 800 гигабит в секунду с энергоэффективностью 120 фемтоджоулей на бит. Детали работы опубликованы в журнале Nature Photonics ( https://www.nature.com/articles/s41566-025-01633-0 ).
Ученые смогли объединить фотонику с комплементарной металл-оксид-полупроводниковой (КМОП, CMOS) электроникой. Это решение преодолевает давний энергетический барьер, который ограничивал перемещение данных в традиционных компьютерных системах и системах ИИ.
Трехмерный фотонно-электронный чип содержит 80 фотонных передатчиков и приемников в компактном корпусе. При плотности пропускной способности 5,3 терабит в секунду на квадратный миллиметр это решение значительно превосходит аналоги. Эффективность использования энергии — по 50 и 70 фемтоджоулей на передаваемый бит с передающих и приемных интерфейсов соответственно, работающих на скорости 10 гигабит в секунду на канал.
Кроме того, созданная учеными конструкция совместима с коммерческими стандартами изготовления на современных КМОП-производствах, использующих пластины размером 300 миллиметров. Это открывает путь для широкого и быстрого внедрения предложенной конструкции чипа в реальное производство.
Новый чип позволяет системам ИИ эффективно передавать большие объемы данных, достаточные для поддержания вычислений на распределенных архитектурах. Раньше это было невозможно из-за ограничений электроники по затратам энергии и задержкам передачи сигнала. Найденное учеными решение может применяться и для высокопроизводительных вычислений, телекоммуникаций и систем с распределенной памятью, а не только для работы ИИ.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/physics/photon-electron-chip-for
Ученые смогли собрать трехмерный фотонно-электронный чип, быстро и энергетически дешево передающий данные. Ученые говорят, что их разработка может обеспечить технологиям искусственного интеллекта давно необходимые параметры аппаратуры для вычислений.
Развитие систем искусственного интеллекта ограничено в том числе их энергетической эффективностью и «узкими местами» в передаче данных — ограничениями пропускной способности устройств. Эти проблемы становятся особенно актуальными с ростом сложности и масштаба задач, которые они решают. Кроме того, передача данных между процессорами и памятью в традиционных архитектурах создает задержки и ограничивает общую производительность системы.
Ученые и инженеры ищут решения этих проблем, чтобы сделать ИИ более доступным, быстрым и экологичным инструментом. Одним из таких решений может стать интеграция фотонных технологий, которые позволяют передавать данные с помощью света, что значительно увеличивает скорость и снижает энергопотребление.
Исследователи из Колумбийского университета (США) создали трехмерную фотонно-электронную платформу, обеспечивающую беспрецедентную энергоэффективность и плотность пропускной способности. Устройство обеспечивает пропускную способность 800 гигабит в секунду с энергоэффективностью 120 фемтоджоулей на бит. Детали работы опубликованы в журнале Nature Photonics ( https://www.nature.com/articles/s41566-025-01633-0 ).
Ученые смогли объединить фотонику с комплементарной металл-оксид-полупроводниковой (КМОП, CMOS) электроникой. Это решение преодолевает давний энергетический барьер, который ограничивал перемещение данных в традиционных компьютерных системах и системах ИИ.
Трехмерный фотонно-электронный чип содержит 80 фотонных передатчиков и приемников в компактном корпусе. При плотности пропускной способности 5,3 терабит в секунду на квадратный миллиметр это решение значительно превосходит аналоги. Эффективность использования энергии — по 50 и 70 фемтоджоулей на передаваемый бит с передающих и приемных интерфейсов соответственно, работающих на скорости 10 гигабит в секунду на канал.
Кроме того, созданная учеными конструкция совместима с коммерческими стандартами изготовления на современных КМОП-производствах, использующих пластины размером 300 миллиметров. Это открывает путь для широкого и быстрого внедрения предложенной конструкции чипа в реальное производство.
Новый чип позволяет системам ИИ эффективно передавать большие объемы данных, достаточные для поддержания вычислений на распределенных архитектурах. Раньше это было невозможно из-за ограничений электроники по затратам энергии и задержкам передачи сигнала. Найденное учеными решение может применяться и для высокопроизводительных вычислений, телекоммуникаций и систем с распределенной памятью, а не только для работы ИИ.
Адаптированный текст взят отсюда: https://naked-science.ru/article/physics/photon-electron-chip-for
