Κομπιούτερ με tera-τώδεις ταχύτητες και οθόνες σε μεμβράνη

Του ΓΙΑΝΝΗ ΛΥΒΙΑΚΗ

Το μέλλον είναι ήδη εδώ. Υπολογιστές λειτουργούν 1.000 φορές γρηγορότερα, με ταχύτητες τουλάχιστον 10 terahertz αντί για 10 gigahertz και απίστευτες χωρητικότητες μνήμης. Ο δρόμος για όλα αυτά άνοιξε από την κορυφαία ανακάλυψη του «κβαντικού φεμτο-μαγνητισμού» από τις ερευνητικές ομάδες του καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης και ΙΤΕ, Ηλία Περάκη, και του επίκουρου καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου Iowa State και του Εργαστηρίου Ames των ΗΠΑ, Jigang Wang. Η εργασία τους ανακοινώθηκε πρώτη, στις 4 Απριλίου 2013, στο έγκυρο διεθνές επιστημονικό περιοδικό «Nature» (τεύχος 496, σελίδες 69-73). Ο καθηγητής Ηλίας Περάκης εξήγησε ότι «μία από τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει η υλοποίηση της μαγνητικής εγγραφής, ανάγνωσης, αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων είναι η ταχύτητα. Η τεχνολογία επιτάσσει η σημερινή ταχύτητα να αυξηθεί κατά μερικές τάξεις μεγέθους, σε πολλά terahertz.

»Στο μέλλον τέτοιες συσκευές θα πρέπει να "σκέφτονται" μέσα σε απίστευτα μικρούς χρόνους μερικών φεμτο-δευτερολέπτων, δηλαδή μέσα σε δισεκατομμυριοστά του χιλιοστού του δεκάτου του δευτερολέπτου. Εμείς δείξαμε ότι μπορούν να το πετύχουν, αν τις μάθουμε κβαντομηχανική και τις φωτίσουμε με υπερ-βραχείς παλμούς φωτός λέιζερ».
Στην ανακοίνωση του ΙΤΕ επισημαίνεται ακόμα ότι «στη σημερινή μαγνητο-οπτική τεχνολογία, ο παλμός λέιζερ ζεσταίνει τα άτομα και τα αναγκάζει να ταλαντώνονται. Με τη βοήθεια ενός μαγνητικού πεδίου, αυτή η θερμική ταλάντωση αλλάζει την ιδιότητα (σπιν) και την κατάσταση ενός ψηφίου πληροφορίας από 0 σε 1. Ετσι γίνεται σήμερα η μαγνητική επεξεργασία της πληροφορίας».

Μοντέρνα υλικά
«Η ταχύτητα μεθόδων που βασίζονται στη θερμότητα περιορίζεται από τον ελάχιστο χρόνο που χρειάζονται τα άτομα για να ταλαντωθούν και από το πόσο γρήγορα ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να αλλάξει το συνολικό σπιν των μαγνητικών περιοχών ενός υλικού», λέει ο κ. Περάκης. «Είναι πολύ δύσκολο με αυτή την τεχνολογία να αυξηθεί η ταχύτητα πέρα από μερικές δεκάδες gigahertz, που είναι και το σημερινό όριο. Οι θερμικές διαδικασίες περιορίζουν τις δυνατότητές μας για επεξεργασία της πληροφορίας».
Για τον παραπάνω λόγο, η προσοχή κάποιων επιστημόνων στράφηκε τελευταία σε υλικά όπως τα οξείδια του μαγγανίου, τα οποία είναι γνωστά για την κολοσσιαία τους μαγνητο-αντίσταση (colossal magnetoresistance) που απορρέει από μη θερμικές φυσικές διαδικασίες.
«Τέτοια μοντέρνα υλικά είναι υπερευαίσθητα σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, και αυτό τα κάνει ιδιαίτερα ελκυστικά για τεχνολογικές εφαρμογές. Ομως, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε καλύτερα το πώς ακριβώς λειτουργούν. Επρεπε να βρούμε έναν τρόπο να τα κάνουμε να μας αποκαλύψουν τα μυστικά τους και τον βρήκαμε», λέει ο κ. Περάκης.
«Ο καθηγητής Wang και εγώ αποφασίσαμε να στραφούμε στους πολύ μικρούς χρόνους. Ολοι γνωρίζουμε ότι οι πολύ υψηλές ενέργειες σε επιταχυντές όπως το CERN μπορούν να αποκαλύψουν νέα Φυσική. Το ίδιο συμβαίνει αν εστιάσουμε στους πολύ μικρούς χρόνους, οι οποίοι περνούσαν απαρατήρητοι μέχρι σήμερα. Εμείς προσπαθήσαμε να καταλάβουμε το πώς ακριβώς αλλάζει ο μαγνητισμός όταν τον φωτίσει ένας παλμός λέιζερ με πολύ μικρή διάρκεια. »Καταφέραμε να "φωτογραφίσουμε" την εξέλιξη του μαγνητισμού σε πραγματικούς χρόνους. Και μέσα από αυτή τη "φωτογράφιση" ανακαλύψαμε τη μικροσκοπική διαδικασία που μαγνητίζει το υλικό».
Σύμφωνα με το ΙΤΕ, «η πειραματική επιβεβαίωση της παραπάνω ιδέας έγινε από την ομάδα του επίκουρου καθηγητή φυσικής Jigang Wang στο Εργαστήριο Ames του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. Το πειραματικό «εργαλείο» ήταν η υπερταχεία φασματοσκοπία λέιζερ με παλμούς διάρκειας μερικών φεμτο-δευτερολέπτων (10-15 δευτερόλεπτα). «Το παραπάνω πείραμα επαληθεύει τη ρήση του Πλάτωνα, "αρχή ήμισυ παντός". Πρώτα διεγείρουμε το υλικό μέσα σε απειροελάχιστο χρόνο με έναν παλμό λέιζερ, ο οποίος και το μαγνητίζει, όπως είπαμε. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας ένα δεύτερο παλμό διαφορετικής συχνότητας, παίρνουμε μια σειρά από διαδοχικές "φωτογραφίες" του σπιν με τεράστια ταχύτητα 10 terahertz- δηλαδή, μια "φωτογραφία" ανά δισεκατομμυριοστό του χιλιοστού του δεκάτου του δευτερολέπτου», εξηγεί ο κ. Περάκης.
Φεμτο-μαγνητισμός
«Παρατηρήσαμε ότι η μαγνητική κατάσταση αλλάζει ενώ ακόμα διαρκεί ο διεγείρων παλμός, όπως ακριβώς προβλέπει η θεωρία που αναπτύξαμε στην Κρήτη. Μετά το τέλος του παλμού, το σύστημα παραμένει στη νέα του μαγνητική κατάσταση για μεγάλο χρόνο».
Η μεγάλη ταχύτητα και η τεράστια μαγνήτιση που παρατήρησαν οι ερευνητές πληρούν τις βασικές προϋποθέσεις που απαιτούνται για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μαγνητικής μνήμης και για την επεξεργασία πληροφορίας με ταχύτητες πολλών terahertz. «Η νέα στρατηγική και οι νέες ιδέες που προτείνουμε βασίζονται στη χρήση κβαντικών οπτικών μεθόδων για τον έλεγχο του μαγνητισμού. Δείξαμε ότι αυτά τα πειράματα μπορούν να πετύχουν πολύ περισσότερα από το να υλοποιήσουν ένα πολύ γρήγορο θερμόμετρο, όπως εν πολλοίς πιστεύαμε μέχρι σήμερα. Τα αποτελέσματά μας ανοίγουν ένα νέο δρόμο, που μπορεί να οδηγήσει την τεχνολογία να επιτύχει το άνω επιτρεπτό όριο ταχύτητας επεξεργασίας της πληροφορίας. Αυτό είναι μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σπιντρονικής, δηλαδή της νέας τεχνολογίας που θα βασίζεται στο σπιν αντί στο φορτίο του ηλεκτρονίου, όπως οι σημερινές ηλεκτρονικές συσκευές. Ο ρόλος της Φυσικής είναι να δείχνει το δρόμο στην τεχνολογία. Η ανακάλυψη του "κβαντικού φεμτο-μαγνητισμού" είναι εν δυνάμει ένας τέτοιος σηματοδότης».
Η θεωρητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ αποτελείται από τον δρα Λεωνίδα Μουχλιάδη και τον καθηγητή Φυσικής δρα Ηλία Περάκη. Η πειραματική ομάδα στο Ames Laboratory-USDOE και στο Πανεπιστήμιο Iowa State των ΗΠΑ αποτελείται από τους: δρα Tianqi Li, Aaron Patz, Jiaqiang Yan, Tom Lograsso, και από τον επίκουρο καθηγητή Φυσικής δρα Jigang Wang.
(Ελευθεροτυπία - 24/4/2013)
Link: http://www.enet.gr/?i=issue.el.home&date=24/04/2013&id=359900