Tehokkaiden prosessorien energianhallinta ja jäähdytysvaatimukset ovat yksi suurimmista esteistä tietokoneiden edistykselle. Yhtenä ratkaisuna näihin nähdään ns. kryogeeniset tietokoneet, joissa käytetään suprajohtavia komponentteja ja muistipiirejä.
Yksi hankalimpia esteitä tämän kehityksen tiellä on ollut nanomittakaavan pienen häviötehon muisti, joka voitaisiin integroida suprajohtavien piirien kanssa. Illinoisin yliopiston tutkijat Urbanassa ovat nyt kehittäneet uuden nanomittakaavan muistisolun, joka mahdollisesti voidaan integroida suprajohtaviin prosessoreihin. Kehitetty ratkaisu on aiempia vakaampi.
Aiemmat tarjokkaat ovat olleet ns. 'single-flux kvantti' -rakenteita, jotka tukeutuvat Josephson-liitoksiin ja induktiivisiin elementteihin. Kooltaan nämä ovat mikrometrien luokkaa ja niiden miniatyrisointia rajoittaa Josephson-liitosten ja geometrisen induktanssin koko.
Uudessa ratkaisussa ei tukeuduta enää suprajohtavan nanolankaisen silmukan geometriseen induktanssiin vaan kineettiseen induktanssiin. Ratkaisu käsittää kaksi suprajohtavaa nanolankaa, jotka on kiinnitetty kahteen toisistaan eroavaan elektrodiin. Nanolangat ja elektrodit muodostavat epäsymmetrisen ja suljetun suprajohtavan silmukan, jota kutsutaan nanolankaiseksi squidiksi (SQUID). Kulkevan virran suunta silmukan läpi vastaa binäärikoodia ”0” tai ”1”.
Muistin tila kirjoitetaan soveltamalla tietyn suuruista oskilloivaa virtaa tietyllä magneettikentällä. Muistin lukemiseksi tutkijat kasvattavat virtaa ja lukevat virran arvon, jolla suprajohtavuus tuhoutuu. Muistin tiloille ”0” tai ”1” kyseinen virta-arvo on erilainen.
- Koska kineettinen induktanssi kasvaa langan poikkileikkauksen mittojen pienentyessä, nanolankaisia squid-muistielementtejä voidaan skaalata kymmenien nanometrin kokoon, toteaa tutkimusta vetänyt Alexey Bezryadin yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 20.6.2017
