通过钻石光源 宇宙弦图解
信用:免版税股票插图编号:1613674900 当前基于硅的计算技术能效低
到2030年，信息和通信技术预计将占全球发电量的20%以上
因此，寻找脱碳技术的方法是一个明显的节能目标
牛津大学物理系的保罗·拉达利教授正在与美国的钻石光源公司合作
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“美国国家同步加速器，一直在领导对更有效的硅替代品的研究
他的团队的惊人发现发表在《自然》杂志的一篇题为“室温下的反铁磁半日空和双质子”的文章中
“他们发现的一些反铁磁结构可能成为室温下低能反铁磁自旋电子学的主要候选材料
研究人员长期以来一直致力于硅的替代技术
铁和铜等常见金属的氧化物是天然目标，因为它们已经是硅基计算机中的一种主要技术，这意味着这两种技术很有可能兼容
虽然氧化物非常适合存储信息，但它们不擅长移动信息——这是计算的必要条件
然而，已经出现的氧化物的一个特性是许多都是磁性的，这意味着在氧化物和其他磁体中，用很少的能量就可以移动磁性比特
拉达利教授说，“我们正在谈论的比特种类必须非常小——10纳米是典型的目标数字——并且即使在‘摇动和搅动’时也必须是坚固的
“这非常具有挑战性，因为当钻头很小时，它们被轻易驱散的风险非常高
一个可能的解决方案来自最不可能的方向:固态物理和宇宙学之间奇怪的相似之处
事实上，这个项目的灵感是以挑战的形式设定的:我们可以在磁铁中复制宇宙弦吗？" 获得答案的关键是团队使用了戴蒙德的纳米科学束线和光电发射电子显微镜(PEEM)
它将高空间分辨率和高通量密度结合起来，在纳米尺度上解析纳米结构
通过PEEM，纳米科学束线可以使用偏振软x光分解直径小于20纳米的纳米粒子
宇宙弦被认为是太空中的细丝，比原子薄得多，但有可能和恒星之间的距离一样长
某些宇宙学理论预测，它们可能是在宇宙大爆炸后宇宙快速冷却时形成的
尽管研究人员仍在争论它们是否存在，但一种理论认为，一旦形成，宇宙弦将是稳定的，不会“蒸发”，因此天文学家可能在未来发现它们
宇宙弦与计算机的相关性在于宇宙弦的数学描述相当简单
有利于弦的形成的相同类型的数学条件可以在许多其他物理系统中找到，包括磁铁
英国国家同步加速器钻石光源鸟瞰图
信用:钻石光源有限公司 拉达利教授说:“这是物理学的美妙之处:描述秒尺度‘宏观世界’的数学方程也可能在纳米尺度的微观世界中起作用
随着挑战的设定，剩下要做的就是找到一个合适的磁铁
候选人再次被证明是最不可能的:普通锈菌
" 氧化铁(化学式为Fe2O3)是铁锈的主要成分
每个铁原子就像一个微小的指南针，但是这种特殊形式的Fe2O3并不是普通意义上的吸引和被其他磁铁吸引的磁性:它是一个反铁磁铁，所以一半的铁指南针指向北方，另一半指向南方
两年前，在麦迪逊威斯康星大学钻石实验室研究样品时，拉达利的牛津小组发现了Fe2O3中宇宙弦的磁性等价物，并使用强大的x光显微镜对它们进行了成像
这些被称为梅龙的微小物体是磁性漩涡，当一个原子在纳米尺度的循环中从一个原子移动到下一个原子时，指南针会在其中旋转(NESW或NWSE)
“事后看来，找到磁瓣是一个巨大的幸运，因为我们知道它们很难在第一次实验的条件下稳定下来
在今天发表的论文中，我们将我们的合作扩展到了新加坡国立大学，并利用“大爆炸冷却”的数学等效物，成功地找到了随意创造和毁灭磁裂体的钥匙
该团队认为使用“铁锈”制造超高效电脑有很好的前景
这是因为尽管结构非常简单，但发现梅龙和双梅龙的基于Fe2O3的设备已经包含了快速有效地操纵这些微小粒子的所有成分——通过在极薄的金属“外套”中流动微小电流
“事实上，根据研究小组的说法，实时控制和观察裂殖子和双面体的运动是目前处于计划阶段的未来x光显微镜实验的目标
从基础研究转向应用研究意味着成本和兼容性考虑至关重要
虽然氧化铁非常丰富且便宜，但新加坡和麦迪逊的研究人员采用的制造技术很复杂，需要原子级控制
然而，研究人员很乐观，因为他们最近证明，可以从生长介质上剥离一层薄薄的氧化物，并将其粘在几乎任何地方，而其性能基本不受影响
他们说他们的下一步将是设计和制造基于宇宙弦的原理验证装置
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