新物理原理的电子学发展

来自圣彼得堡电工大学“LETI”的研究人员参加了一项关于未来十年磁控学的成果和发展前景的基础科学回顾——磁控学是当今物理学的一个热门分支，可用于创造更节能、更高效的速度类型的计算设备。

磁炮坦克计算机示意图

该评论发表在科学期刊 IEEE Transactions on Magnetics 上。磁子学研究自旋波及其量子“磁子”的特性，它们存在于磁性材料中，可以用作信息载体，即作为众所周知的电子和光子的替代品。

相对最近，科学家们表明，与构建最常见的电子计算设备的半导体元件相比，在磁振子的帮助下，可以以高速和低能量损失处理信息。

今天，人工智能设备的技术实现变得非常重要。来自不同国家的科学家进行的许多实验表明，利用磁振子的特性来创造未来的信息处理设备具有很大的潜力，这有望使它们更加紧凑、可靠和高效。

然而，为了创建磁控计算机——基于人工智能原理的计算设备，有必要为其设计开发一种有效的方法、适当的组件库、数学模型和软件。

圣彼得堡电工大学“LETI”物理电子与技术系教授，磁电子学和无线电光子学实验室负责人 Alexei Ustino

“Magnonika 在过去十年中一直在积极发展。由于世界各国科学家的努力，在这个方向上取得了许多重要成果。为了解研究结果，制定近期亟待解决的任务，特地准备了这篇综述文章。作者团队包括来自不同国家的 116 名研究人员，其中包括我们大学的 3 名磁学专家。和无线电光子学。

回想一下，自旋波电子学（和磁学可以被认为是这一研究方向发展的新阶段）的基础在 1970 年代被搁置。苏联这一方向的创始人之一是来自圣彼得堡电工大学“LETI”的科学家。他们是 Orest Genrikhovich Vendik (1932-2022) 和 Boris Antonovich Kalinikos (1945-2020)。后者于 1988 年因“发展自旋波电子学的科学基础”而获得苏联国家奖。

LETI 科学家在新评论中提出的最重要成果之一是致力于开发基于磁学原理的坦克计算机（第 VII.D 节：磁神经形态计算）。科学家们计划制造一种微型计算设备，这是一种人工神经网络。然而，与传统的神经网络不同，这样的计算机将使用由磁性材料制成的特殊磁力物理“水库”来处理信息。

磁控逻辑元件的示意图

在 LETI 科学家的参与下，已经创建了储层计算机的原型。它相对容易制造，因为它由一个物理储层组成。相比之下，人工神经网络的技术实现需要大量的人工神经元。目前，正在研究数据的输入、输出和处理，以及解决优化和模式识别问题的有效性。LETI 研究人员呼吁进一步寻找具有最有效特性的磁性化合物，这是磁控学发展路线图的一项即将到来的任务。

作为此类材料的一种选择，科学家们建议使用人造多铁性材料——这是一类电特性取决于磁场的物质，反之亦然——磁参数取决于电场。这些特性使控制磁振子变得更容易。ETU“LETI”科学家还提出了用于信息处理设备的方案，包括基于多铁性的设备。

电磁晶体的示意图

“我们的基础研究结果可能不仅对科学家感兴趣，而且对那些对引入创新的可能性感兴趣的高科技行业代表也很有用。实验室工作的一个重要部分是与企业和业务代表建立联系，”Alexey Ustinov 说。

磁子学领域的研究是在磁子学和射电光子学实验室进行的。学士学位 Kalinikos 于 2021 年在圣彼得堡电工大学“LETI”创建，是俄罗斯联邦政府巨额赠款的一部分。它的主要任务是检测和研究物理效应，然后可以将其用作油藏计算机操作的基础。