节能自旋开关切换状态无需电流

科技日报华盛顿5月14日电 （记者刘海英）美国纽约大学研究人员开发出一种电压控制的拓扑自旋开关（VTOPSS），只需要电场而不需要电流，就能在两种布尔逻辑状态之间切换。研究人员认为，这一新技术可大大减少能耗及产生的热量，比现有的自旋电子技术和CMOS技术更有竞争力，具有良好发展前景。

现在的逻辑和存储设备，如计算机硬盘驱动器，通过纳米磁机制来存储和操纵信息，需要利用电流传输自旋信息，控制磁性，会产生热量及能量损失，从而增加运行成本。对于大型服务器或需要大量存储器的人工智能应用来说，这种能耗成本巨大。而VTOPSS利用拓扑绝缘体和低力矩磁性绝缘体组成的异质结构，可以在不带电的情况下传输自旋信息，进而降低能耗。

研究人员在最新出版的《物理评论应用》杂志上对VTOPSS的工作原理、性能指标等情况做了介绍。基准测试结果显示，与现有的全自旋逻辑器件和电荷自旋逻辑器件相比，VTOPSS的能耗低了10—70倍，能量延迟积低了70—1700倍。而随着材料性能的提高，VTOPSS的能耗和能量延迟积甚至可以分别降到几阿托焦耳（1阿托焦耳等于10-18焦耳）/比特和10-28焦耳/秒。与现有的CMOS技术相比，VTOPSS技术同样颇具竞争力。研究表明，控制CMOS逻辑性能的互连问题对VTOPSS来说相对不那么重要，这意味着可以用高电阻材料来互连VTOPSS设备。

研究人员指出，虽然VTOPSS这种异质结构器件仍比硅晶体管稍慢，但它集成了逻辑与非易失性内存，从而增加了功能和电路设计的可能性。此外，由于减少了对云内存的依赖，VTOPSS让黑客更难以获得对系统硬件的访问权限，在保证计算安全性方面也更具潜力。