Физики из Эдинбургского университета показали, что энергию, необходимую для записи данных в электронную память, можно снизить в десятки раз. Тема стала острой на фоне роста энергопотребления платформ генеративного ИИ.
По мнению исследователей, нынешние методы переключения бита в ячейке магнитной памяти далеки от оптимума. Сегодня запись напоминает брутфорс: состояние меняют достаточно мощным импульсом, направленным против исходной намагниченности.
Вместо этого предложено магнитное поле со специально рассчитанной изменяющейся формой. Такой импульс переводит магнитный элемент из состояния «0» в «1» по наиболее энергетически выгодной траектории.
Для расчёта импульсов использовали теорию оптимального управления — аппарат, находящий минимально затратный путь к заданному состоянию системы.
Моделирование проводили для однослойных ван-дер-ваальсовых магнитов Fe3GaTe2, Fe3GeTe2 и CrSBr. Спины разворачивались согласованно за 1–10 пикосекунд, а амплитуда поля оказалась более чем в десять раз ниже обычной.
Энергия одного переключения в моделях составила примерно 0,94–9,7 нДж против 42,8–91,2 нДж при стандартных импульсах.
Оптимизация размеров устройства, магнитной анизотропии и коэффициента затухания теоретически позволяет опустить затраты до фемтоджоулей.
При ряде параметров подход может оказаться экономичнее STT-MRAM и SOT-MRAM, где состояние меняют токами через момент переноса спина или спин-орбитальный момент.
Авторы отмечают, что методику можно перенести на управление токами и лазерами — то есть говорить об оптимизации работы с данными в широком смысле.