По мнению авторов опыта, сотовая структура из крошечных магнитов способна служить средством хранения и даже обработки информации, работающим по принципу нейронной сети.

Физики из Имперского колледжа Лондона построили плоскую гексагональную решётку из кобальтовых магнитов. Каждый из них насчитывает в длину 1 микрометр и 100 нм в ширину. Эта сетка покрывает квадрат со сторонами 100 мкм.

Опыт показал: при охлаждении до 50 кельвинов микроскопические магниты взаимодействуют так, что в этом «аналоге кристаллической решётки» наблюдаются разные фазовые переходы, возникают магнитные дефекты, похожие на монополи, и потоки магнитных зарядов. Такую структуру авторы разработки называют искусственным спиновым льдом.

Рабочая температура устройства ещё далека от желанной комнатной, но всё же перед нами большой шаг вперёд по сравнению с другими экспериментами, в которых аналогичные эффекты наблюдались только вблизи абсолютного нуля.

Опытная схема под сканирующим электронным микроскопом. Хорошо видны контактные электроды. Светлые диагональные полосы на самой решётке – артефакт съёмки (фото W. R. Branford et al./ Science).

Для использования спинового льда в качестве средства хранения данных и также в роли процессора имеется несколько предпосылок. Один узел решётки представляет собой точку соприкосновения трёх магнитов, по меньшей мере два из которых неизбежно сойдутся одноимёнными полюсами. При внешнем воздействии такие магнитные бруски способны менять своё состояние и по цепочке влиять на полярность всех соседей. Это напоминает передачу сигнала нейронами.

Благодаря взаимодействию соседних магнитов по определённым правилам такую решётку можно превратить в некое подобие нейронной сети (иллюстрация W. R. Branford et al./ Science).

И если для одного узла существует несколько возможных состояний (направлений магнитных потоков в трёх сходящихся лучах), то при наращивании числа сот количество потенциальных магнитных узоров на подобной плоскости растёт экспоненциально. Потому появляется большой соблазн научиться управлять состоянием спинового льда, а также считывать это состояние.

Первое условие британские физики выполнили ещё раньше, воспользовавшись внешним магнитным полем, а теперь они показали, как можно определять состояние магнитов в решётке по изменениям в электрическом сопротивлении устройства. (Детали эксперимента можно найти в статье в Science.)

Правда, до построения компьютера по новому принципу всё равно ещё далеко. Учёным предстоит отработать алгоритмы вычислений на магнитных сотах. Есть и другие нерешённые вопросы.

«Сильное взаимодействие между соседними магнитами позволяет нам тонко влиять на формирование рисунка в решётке. Можно воспользоваться этим для решения сложных задач, потому что тут существует множество различных результатов, и мы способны различать их в электронном виде, – говорит ведущий автор исследования Уилл Брэнфорд (Will Branford). — Наша следующая большая цель состоит в том, чтобы построить массив наномагнитов, который может быть „запрограммирован“ без использования внешнего магнитного поля».