IBM-forskere knækker afgørende it-problem med smart metode

IBM-forskere har løst et afgørende problem, der står i vejen for særlig metode til at sikre langt større kapacitet i storage-produkter.

Artikel top billede

Computerworld News Service: I en forskningsartikel i det videnskabelige tidsskrift Nature fremlægger forskere fra IBM, hvordan de har opnået et gennembrud inden for såkaldt spintronics, der med tiden kan give væsentlig større kapacitet og lavere strømforbrug i hukommelses- og storage-produkter.

Spintronics (spin transport electronics) er elektronik, der udnytter elektroners spin i et magnetisk felt i kombination med et læse-/skrivehoved til at skrive og læse bits på halvleder-materiale.

Forskerne er i stand til at repræsentere en bit ved at foretage ændringer op eller ned - relativt til det rum hvori elektronen befinder sig - i en elektrons akse.

En elektron med en akse, der peger opad kan repræsentere et ettal, mens en elektron med en akse, der peger nedad, kan repræsentere et nul.

Ikke anvendes i praksis

Man har længe haft det problem i spintronics, at elektronerne kun har kunnet holde en op- eller ned-orientering i 100 picosekunder.

Et picosekund er kun 0,000000001 millisekund og 100 picosekunder er ikke længe nok til at gennemføre en enkelt CPU-cyklus. Derfor har man endnu ikke kunnet anvende spintronics i praksis.

I den forskningsartikel, der vil blive offentliggjort i Nature, beskriver forskere fra IBM Research og Laboratory for Solid State Physics ved Swiss Federal Institute of Technology Zürich, hvordan de har fundet en måde at synkronisere elektroner, så man teoretisk set kan forlænge deres spin-levetid med en faktor 30 til 1,1 nanosekund.

Det er cirka så lang tid, en CPU-cyklus tager for en processor på én gigahertz.

Laserimpulser

Forskerne fra IBM har brugt ultrakorte laserpulser til at overvåge udviklingen af tusindvis af elektroners spin, der var skabt samtidigt på et meget lille område, fortæller Gian Salis, der er medforfatter til forskningsartiklen i Nature og arbejder i forskningsgruppen Physics of Nanoscale Systems hos IBM Research.

Som regel er det sådan med den slags forsøg, at elektronerne roteres tilfældigt og hurtigt mister deres orientering.

Her lykkedes det dog forskerne fra IBM og ETH at arrangere elektronernes spin i et regulært kanallignende mønster - den såkaldte persistente spin-helix.

Konceptet med at låse spin-rotationen blev oprindeligt fremsat som teori tilbage i 2003, fortæller Salis. Siden da har nogle få eksperimenter indikeret en sådan låsning, men processen er aldrig før blevet observeret direkte, tilføjer han.

Derfor er spintronics så genial - sådan fungerer det

"Disse rotationer af retningen af spin var komplet ukorrelerede," siger Salis. "Nu kan vi synkronisere denne rotation, så de ikke mister deres spin men også roterer som en dans, alt sammen i samme retning."

"Vi har vist, at vi forstår til fulde, hvad der foregår, og vi har demonstreret, at teorien fungerer i praksis," fastslår han.

Forskerne fra IBM har anvendt materialet galliumarsenid, der i udbredt grad bruges i elektronik, dioder og solceller som det primære halvledermateriale.

Almindelig elektronik er i dag baseret på elektronladning.

Men denne teknik bliver begrænsende, når halvlederne bliver så små, at man ikke længere kan kontrollere gennemstrømningen af elektroner.

Udnytter spin istedet for ladning

NAND-flash-produkter bruger for eksempel allerede i dag kredsløb, der er mindre end 20 nanometer brede, hvilket nærmer sig den atomare skala.

Spintronics kan gøre den videre teknologiske udvikling mulig ved at udnytte elektroners spin i stedet for deres ladning.

Dette gennembrud inden for spintronics giver ikke alene forskerne hidtil uhørt kontrol over de magnetiske virkninger i elektroniske produkter, men skaber også nye muligheder for at udvikle mere energieffektive elektroniske produkter.

Det er da heller ikke kun IBM, der forsker i spintronics.

For få år siden lykkedes det forskere ved Institute of Materials Physics and Chemistry i Strasbourg i Frankrig at bygge en ny laser-teknologi funderet på spintronics. Det vandt de Nobel-prisen i fysik for i 2007.

100.000 gange hurtigere

De franske fysikere opdagede en måde at bruge lasere til at gøre hastigheden på harddiskes input/output op til 100.000 gange hurtigere end med den nuværende teknologi.

Et problem i spintronics har dog været, at de magnetiske sensorer, der bruges til at detektere bits, har været for langsomme.

Men i den franske forskning fra 2007, der blev offentliggjort i Nature Physics, anvendte fysikerne en såkaldt "femtosekund"-laser, der bruger meget hurtige laser-salver til at ændre elektroners spin og derved øge læse-/skrivehastigheden.

IBM's forskere mener, at deres gennembrud gør det muligt at skabe transistorer og ikke-volatil storage, der vil bruge betydeligt mindre strøm end den nuværende NAND-flash-teknologi.

Det eneste problem er bare, at forskerne indtil videre ikke har været i stand til at genskabe deres resultater ved noget, der ligner stuetemperatur, hvilket er et krav for realistisk at kunne anvende teknologien i hukommelses- eller processor-produkter.

På nuværende tidspunkt foregår forsøgene ved den meget lave temperatur 40 grader kelvin, hvilket er -233 grader celsius.

"Der er endnu intet produkt, der kan anvende denne teknik, men det er et gennembrud, da vi nu ved, hvordan man øger elektroners spins levetid i kanaler," forklarer Sails.

"Noget, vi rigtig gerne vil, er at øge denne spin-levetid med en faktor 30."

Oversat af Thomas Bøndergaard

Læses lige nu
    Computerworld Events

    Vi samler hvert år mere end 6.000 deltagere på mere end 70 events for it-professionelle.

    Ekspertindsigt – Lyt til førende specialister og virksomheder, der deler viden om den nyeste teknologi og de bedste løsninger.
    Netværk – Mød beslutningstagere, kolleger og samarbejdspartnere på tværs af brancher.
    Praktisk viden – Få konkrete cases, værktøjer og inspiration, som du kan tage direkte med hjem i organisationen.
    Aktuelle tendenser – Bliv opdateret på de vigtigste dagsordener inden for cloud, sikkerhed, data, AI og digital forretning.

    Sikkerhed | Aarhus C

    Identity Festival 2026 - Aarhus

    Er du klar til en dag, der udfordrer din forståelse af, hvad Identity & Access Management kan gøre for din organisation? En dag fyldt med indsigt, inspiration og løsninger, der sætter kursen for, hvordan vi arbejder med IAM i de kommende år.

    It-løsninger | Online

    Business Central 2026: AI, Power Apps og branchemoduler

    Få hands-on viden om, hvordan du kan skalere din virksomhed med AI, Power Apps og branchemoduler i Dynamics 365 Business Central.

    Sikkerhed | København S

    Roundtable: Sådan forbereder du virksomheden på næste trusselsbillede

    Verden er i opbrud. Voldsomme geopolitiske forandringer, fortsat krig i Europa og konstante cyberangreb stiller helt nye krav til danske virksomheder. Trusselsbilledet ændrer sig fra uge til uge - og det kræver både politisk forståelse,...

    Se alle vores events inden for it

    Navnenyt fra it-Danmark

    Thomas Nakai, Product Owner hos Carlsberg, har pr. 27. januar 2026 fuldført uddannelsen Master i it, linjen i organisation på Aarhus Universitet via It-vest-samarbejdet. Færdiggjort uddannelse

    Thomas Nakai

    Carlsberg

    55,7° North (a Beautiful Things company) har pr. 2. februar 2026 ansat Philip Jacobi Zahle, 53 år,  som Partner & CSMO. Han skal især beskæftige sig med Ansvar for Salg, Marketing og Brandudvikling i Norden, som han tidligere har gjort med GoPro, Skullcandy og Insta360 m.fl. Han kommer fra en stilling som Marketing & Branding Manager hos Boston Group A/S. Han har tidligere beskæftiget sig med distribution og brand building gennem 26 år og er kendt fra mærker som GoPro, Skullcandy og Insta360. Nyt job

    Philip Jacobi Zahle

    55,7° North (a Beautiful Things company)

    Mark Michaelsen, teknisk systemejer og projektleder hos Aarhus Kommune, har pr. 26. januar 2026 fuldført uddannelsen Master i it, linjen i organisation på Aarhus Universitet via It-vest-samarbejdet. Færdiggjort uddannelse

    Mark Michaelsen

    Aarhus Kommune

    Thomas Morville Helmert, chefkonsulent hos Rigspolitiet, har pr. 28. januar 2026 fuldført uddannelsen Master i it, linjen i organisation på Aarhus Universitet via It-vest-samarbejdet. Færdiggjort uddannelse