Logik- och minnesenheter, t.ex. hårddiskar i datorer, använd nu nanomagnetiska mekanismer för att lagra och manipulera information. Till skillnad från kiseltransistorer, som har grundläggande effektivitetsbegränsningar, de behöver ingen energi för att behålla sitt magnetiska tillstånd:Energi behövs bara för att läsa och skriva information.

En metod för att styra magnetismen använder elektrisk ström som transporterar snurr för att skriva information, men detta innebär vanligtvis flödande laddning. Eftersom detta genererar värme och energiförlust, kostnaderna kan bli enorma, särskilt när det gäller stora serverfarmar eller applikationer som artificiell intelligens, som kräver enorma mängder minne. Snurra, dock, kan transporteras utan kostnad med hjälp av en topologisk isolator - ett material vars insida är isolerande men som kan stödja flödet av elektroner på dess yta.

I ett nyutgivet Fysisk granskning tillämpad papper, forskare från New York University introducerar en spänningsstyrd topologisk spinnomkopplare (vTOPSS) som endast kräver elektriska fält, snarare än strömmar, för att växla mellan två booleska logiska tillstånd, reducerar kraftigt den värme som genereras och energin som används. Teamet består av Shaloo Rakheja, en biträdande professor i el- och datorteknik vid NYU Tandon School of Engineering, och Andrew D. Kent, en professor i fysik i NYU och chef för University's Center for Quantum Phenomena, längs Michael E. Flatté, professor vid University of Iowa.

Rakheja använder en enkel analogi för att förklara effekten av att växla mellan två tillstånd mer effektivt. "Tänk om du förbereder ett recept och måste gå in i ett annat rum när du behöver en ingrediens innan du återvänder till köket för att lägga till det, "säger hon." Det är lika ineffektivt när de delar av datormaskinvara som behövs för att göra en beräkning och de delar som behövs för att lagra det inte är väl integrerade. "

Medan heterostruktureringsenheter som deras, består av en magnetisk isolator och topologisk isolator, är fortfarande något långsammare än kiseltransistorer, vTOPSS ökar funktionaliteten och möjligheterna till kretsdesign, eftersom det har integrerat logik och icke-flyktigt minne. "Detta är i slutändan en fråga om användarupplevelse och tillagda funktioner, "Säger Rakheja.

Eftersom vTOPPS kommer att minska beroendet av molnminne, det rymmer också potentialen för att göra datorer säkrare, eftersom hackare kommer att ha svårare att få tillgång till ett systems hårdvara. Nästa steg kommer att innefatta ytterligare optimering på material- och designnivå för att förbättra omkopplingshastigheten, samt utveckla prototyper.