Страница:
А как приятно ощущать себя владельцем нового чисто цифрового девайса! Когда звук из одного источника одновременно подаешь на традиционные колонки и на CB2530, в наушниках слышна эдакая миллисекундная задержка, потребная для оцифровки/расцифровки, и сердцу истинного поклонника хайтека она приносит ощущение подлинного кайфа. Как и непонятно каким образом умещенные в пространстве горошины передатчик, приемник и АЦП: ведь почти весь объем крохотного передающего модуля занимает батарея!
ГОЛУБЯТНЯ:Между жизнью и зубами
Наука: Спинтроника: от «микро» к «нано»
СОБЫТИЯ:"Спинометр" зашкаливает
ГОЛУБЯТНЯ:Между жизнью и зубами
Автор: Сергей Голубицкий
Последнее, что осталось здоровым в моем органоне, — это зубы. Дареная от рождения благодать, вызывающая тайную зависть у окружающих страдальцев, хватающихся за челюсть после каждой съеденной шоколадки или глотка горячего кофе. А мне все как с гуся! Так было, и так… перестало быть!
Заболело на ровном месте и как-то сразу — справа и слева. Да так, что аж ложка выпала из руки на полпути между тарелкой и ртом. В следующее мгновение мир утратил былое свечение красок, заполнившись мутным потоком раздражающих и обессмысленных обстоятельств: какие, на фиг, студенты, какие семинары, какие железяки, софты, автомобили, «Голубятни», какое там побрюзжать на политику, подлюк-шейлоков и вкусно пожрать? Я вас умоляю! Ничего не надо, ничего не хочется, а главное! — не можется. Вместо «I love you, world!» впереди — лишь апокалипсис кабинета с кафельным полом (легче отмывать кровь!), бормашиной и доктором типа такого (рис. 1).
Вы никогда не задумывались, почему стоматологическое кресло так напоминает декорацию к фильму «Зеленая миля»? Риторический вопрос.
Поскольку зубы всегда казались последним бастионом здоровья, обзавестись «своим» дантистом я не сподобился. И вот теперь, уронив ложку и сложившись пополам, дополз до гардероба, натянул куртку, метнулся на те самые гиннессовые 30 градусов и вознес очи небу: «Quo vadere, domine?»[(лат.) Куда податься, господи?] Удивительно, однако, как даже в экстремальные моменты жизни человек сохраняет верность своим общественно-политическим принципам и идеалам! И то сказать: почти физиологическое отвращение пред всем «новорусским» с ходу отмело малейший намек на коммерческую стоматологию: «Через мой труп!» Оставалась районная поликлиника — жалкий осколок некогда величественного айсберга советской государственной медицины (той самой, о которую дембандота вытерла все ноги и которая являлась недосягаемым системным образцом для «свободного» мира).
Я бы ни за что не стал похищать у ценителей компьютерного софтюра[Спонтанное рождение неологизма в культур-повидле нашего волапюка: «Ах, какой изысканный софтюр! Какой душечка! Шарман, в натуре!» — что-то сродни конфитюру, от-кутюру и прочим утонченностям вкуса! Одним словом, софтюр — это компьютерные программы высшего полета] их драгоценного времени, плотоядно живописуя зубные терзания старого голубятника, если бы не ошеломляющее потрясение, кое испытал в стоматологическом кабинете районной поликлиники, попав в нежные руки феи по имени Татьяна! Если бы кто-нибудь мне сказал, что в Юдоли Зубной Печали человек может не только избежать боли, но и испытывать искреннее удовольствие, я бы рассмеялся фантазеру в лицо: «Что ж ты такое лопочешь, морилка картонная?!» Так я полагал вчера, а сегодня знаю наверняка — это правда!
Важный штрих: сходу отметаю грязные намеки на эффективные обезболивающие средства, высококлассные немецкие бормашины и прецизионные насадки! Е-рун-да! Только в состоянии delirium tremens[(лат.) Белая горячка] можно предположить, что в ясеневской районке обеспечение расходными материалами и медикаментами хоть чем-то отличается от общегосударственной убогости. Все как и везде. Того самого везде, где из-за плохо затворенных стоматологических кабинетов доносятся сдавленные стоны зубострадальцев. Так в чем же дело? Дело — в руках феи Татьяны и больше ни в чем. Можно и обобщить: дело в профессионализме тех чудаков-эскулапов, которые по невообразимым причинам продолжают работать в государственных медицинских учреждениях — за гроши, на разваливающемся оборудовании, в условиях хронической нехватки всего и вся.
Любопытно, что моя фея — с университетским образованием, опытом преподавания в МГУ и пятнадцатилетней практикой — в свое время пыталась работать в коммерческой стоматологии. Наивно верила в возможность разменять на деньги врожденный талант сострадания. Разумеется, не получилось. Последней каплей стала девятнадцатилетняя «мисска» с подзаборным детством на заводской махале провинциального Мухосранска, а ныне — законная супружница пузатого «новорусского» вора, которая прикатила в дорогую стоматологическую клинику на «Гелендевагене» с гориллой-мясохранителем и принялась хамить и строить врачей и медсестер с первого этажа по третий, не переставая наяривать по мобиле своему «папику» и жаловаться ему на отвратительный сервис «грязных совков». Фея Татьяна передернулась от омерзения и ушла. Ушла туда, где никогда не засветится наглая харя «новорусского» хама: одни лишь обкраденные старички, старушки, одинокие мамашки некоммерческой внешности да не от мира сего журналисты «с принципами», — ушла в районку. Творить свои чудеса.
Я просидел в стоматологическом кресле этой волшебницы больше двух часов, не чувствуя ни капельки боли, наслаждаясь эфемерными прикосновениями, слушая неожиданно оказавшуюся friendly бормашину и по-детски радуясь тому, что, сколько бы ни покупали-продавали-разворовывали упыри мою родину, им никогда не удастся разменять ее душу, превратив людей, подобных Татьяне, в ходячие кассовые аппараты, штудирующие книжки Айн Рэнд. А посему рано или поздно слом «новорусских клыков» гарантирован!
Не желая разрушать патетическую ауру, созданную культур-повидлом сегодняшней «Голубятни», вторую — софтверную — часть колонки я посвящу теме, доставляющей мне давнее и неподдельное удовольствие: духу бакунианства, витающего над Рунетом и выделяющего нас из тухлого болота зомбированных очипованных овец Нового Мирового Порядка. Начну с уже знакомого читателям портала AvaxHome.
Мы все помним, как на наших глазах чуть больше года назад произошло качественное перерождение некогда однобоких варезных сайтов в кооперативные блоги. Старт был взят практически одновременно: и AvaxHome, и KPNemo, и Medigo, и Netz, и NoName адаптировали потенциально безграничную форму открытого обмена информацией между активными участниками порталов. Новый подход создавал предпосылки для распространения не только компьютерных программ, но и книг, музыки и кинофильмов, параллельно открывая площадку для интенсивных дискуссий на общественно-культурные темы.
Как обстоят дела сегодня? Medigo и Netz, не сумевшие преодолеть маргинальность своих завсегдатаев (судя по всему — конченых тинэйджеров), решили создать неповторимый флёр на узкой специализации: книгах компьютерной тематики на русском языке, металлической музыке в MP3 и играх в стиле экшн. Информационный обмен очень вялый, хотя подборка материалов впечатляет.
Капитан Немо, избегая тематической однобокости, целиком замкнулся на русскоговорящей тусовке: судя по постам — на ближнем зарубежье и Израиле. Тем не менее контент впечатляет — вот список постов только сегодняшнего дня: книжка «Домашний электрик и не только», внушительный трибьют Владимиру Высоцкому, приуроченный к его дню рождения, узкопрофильная софтина Dr. Explain, документальный фильм из эфира НТВ «Дикий мир: борьба за выживание», «Курс русской истории» Ключевского на десяти компакт-дисках в формате MP3, пластинка Tangerin Dream Oasis «R&B Clubmix» в стиле house, книга «Универсальный цигун терапия» — и это только середина страницы последнего ежедневного обновления!
Иначе пошло развитие Avax-Home. Каким-то неведомым изворотом фортуны сей кооперативный блог полюбился всем жителям планеты, которые превратили этот русский сайт в уникальную трибуну для информационного обмена на доброй дюжине языков. Перечитывая посты и комментарии, глазам своим не верил: офтальмолог из Португалии, молодой член Коммунистической партии Италии, два австралийских инженера, канадские студенты, французские медики и политологи, разумеется, море нашего народа — весь этот Вавилон перемешан в горниле единой информационной страсти, кипит эмоциями дискуссий, жарких споров и перепалок, полнится восторгом невытравляемого человеческого желания поделиться прочитанной книгой, прослушанной пластинкой, увиденным фильмом!
Для меня феерия AvaxHome в первую очередь заключается именно в бесконечном этническом разнообразии информации: книга «The Portable MBA in Finance and Accounting», изданная John Wiley & Sons, полдюжины пластинок Yanni, гигантская коллекция корпоративных американских логотипов, полдюжины пластинок Лори Андерсон, Вангелиса, Тима Бакли (1967 год!), компакт диск «Black&Decker Everyday Home Repairs», архивная пластинка музыки Глинки в исполнении Государственного симфонического оркестра СССР под управлением Евгения Светланова, несколько дисков феноменальной турецкой рок-дивы Шебнем Ферах, полные коллекции французских шансонье, португальских исполнителей фаду… Единственное, что удручает наповал, — неподъемность информационного объема: ежедневно на AvaxHome размещается от 150 до 200 новых постов с каким-то нечеловеческим КПД — хочется скачать все!
Есть, конечно, и аверс медали: последние два месяца портал AvaxHome просто рушится под натиском неудержимого потока информации, не справляясь с проливающимся дождем hits and clicks: база данных постоянно падает, выдавая тоскливую ошибку 502 Bad Gateway. Чтобы достучаться до блога, приходится по двадцать-тридцать раз нажимать клавишу браузера Reload.
Под занавес — софтверный компонент темы. 90% информации на кооперативных блогах выложено на RapidShare. Как вы знаете, у этого немецкого файлохранилища есть два типа аккаунтов — Free и Premium. Бесплатный допуск позволяет загружать не больше двадцати мегабайт в час, что для всякого серьезного «качка» — жалкий лепет (одна пластинка с MP3 битрейтом 320 грузится в таком режиме семь часов!). Premium не имеет никаких ограничений ни по времени загрузок, ни по объему. Стоимость Premium на RapidShare — девять-двенадцать долларов в месяц, что, на мой взгляд, превращает его в безусловный must-have для информационных червей. Так вот, лучшая программа для автоматизации закачек RapidShare выпущена самой RS и называется RapidGet (рис. 2).
Принцип действия — как правда Ленина: через буфер обмена (или отдельный txt-файл) вводишь в окно RapidGet скопом все линки подряд, нажимаешь Add Files To Queue, затем — Start Download и забываешь о рутине до вечера — программа самостоятельно расшифрует линки и наполнит ваш жесткий диск желанным софтюром (музюром, фильмюром и литератюром)!
Последнее, что осталось здоровым в моем органоне, — это зубы. Дареная от рождения благодать, вызывающая тайную зависть у окружающих страдальцев, хватающихся за челюсть после каждой съеденной шоколадки или глотка горячего кофе. А мне все как с гуся! Так было, и так… перестало быть!
Вы никогда не задумывались, почему стоматологическое кресло так напоминает декорацию к фильму «Зеленая миля»? Риторический вопрос.
Поскольку зубы всегда казались последним бастионом здоровья, обзавестись «своим» дантистом я не сподобился. И вот теперь, уронив ложку и сложившись пополам, дополз до гардероба, натянул куртку, метнулся на те самые гиннессовые 30 градусов и вознес очи небу: «Quo vadere, domine?»[(лат.) Куда податься, господи?] Удивительно, однако, как даже в экстремальные моменты жизни человек сохраняет верность своим общественно-политическим принципам и идеалам! И то сказать: почти физиологическое отвращение пред всем «новорусским» с ходу отмело малейший намек на коммерческую стоматологию: «Через мой труп!» Оставалась районная поликлиника — жалкий осколок некогда величественного айсберга советской государственной медицины (той самой, о которую дембандота вытерла все ноги и которая являлась недосягаемым системным образцом для «свободного» мира).
Я бы ни за что не стал похищать у ценителей компьютерного софтюра[Спонтанное рождение неологизма в культур-повидле нашего волапюка: «Ах, какой изысканный софтюр! Какой душечка! Шарман, в натуре!» — что-то сродни конфитюру, от-кутюру и прочим утонченностям вкуса! Одним словом, софтюр — это компьютерные программы высшего полета] их драгоценного времени, плотоядно живописуя зубные терзания старого голубятника, если бы не ошеломляющее потрясение, кое испытал в стоматологическом кабинете районной поликлиники, попав в нежные руки феи по имени Татьяна! Если бы кто-нибудь мне сказал, что в Юдоли Зубной Печали человек может не только избежать боли, но и испытывать искреннее удовольствие, я бы рассмеялся фантазеру в лицо: «Что ж ты такое лопочешь, морилка картонная?!» Так я полагал вчера, а сегодня знаю наверняка — это правда!
Важный штрих: сходу отметаю грязные намеки на эффективные обезболивающие средства, высококлассные немецкие бормашины и прецизионные насадки! Е-рун-да! Только в состоянии delirium tremens[(лат.) Белая горячка] можно предположить, что в ясеневской районке обеспечение расходными материалами и медикаментами хоть чем-то отличается от общегосударственной убогости. Все как и везде. Того самого везде, где из-за плохо затворенных стоматологических кабинетов доносятся сдавленные стоны зубострадальцев. Так в чем же дело? Дело — в руках феи Татьяны и больше ни в чем. Можно и обобщить: дело в профессионализме тех чудаков-эскулапов, которые по невообразимым причинам продолжают работать в государственных медицинских учреждениях — за гроши, на разваливающемся оборудовании, в условиях хронической нехватки всего и вся.
Любопытно, что моя фея — с университетским образованием, опытом преподавания в МГУ и пятнадцатилетней практикой — в свое время пыталась работать в коммерческой стоматологии. Наивно верила в возможность разменять на деньги врожденный талант сострадания. Разумеется, не получилось. Последней каплей стала девятнадцатилетняя «мисска» с подзаборным детством на заводской махале провинциального Мухосранска, а ныне — законная супружница пузатого «новорусского» вора, которая прикатила в дорогую стоматологическую клинику на «Гелендевагене» с гориллой-мясохранителем и принялась хамить и строить врачей и медсестер с первого этажа по третий, не переставая наяривать по мобиле своему «папику» и жаловаться ему на отвратительный сервис «грязных совков». Фея Татьяна передернулась от омерзения и ушла. Ушла туда, где никогда не засветится наглая харя «новорусского» хама: одни лишь обкраденные старички, старушки, одинокие мамашки некоммерческой внешности да не от мира сего журналисты «с принципами», — ушла в районку. Творить свои чудеса.
Я просидел в стоматологическом кресле этой волшебницы больше двух часов, не чувствуя ни капельки боли, наслаждаясь эфемерными прикосновениями, слушая неожиданно оказавшуюся friendly бормашину и по-детски радуясь тому, что, сколько бы ни покупали-продавали-разворовывали упыри мою родину, им никогда не удастся разменять ее душу, превратив людей, подобных Татьяне, в ходячие кассовые аппараты, штудирующие книжки Айн Рэнд. А посему рано или поздно слом «новорусских клыков» гарантирован!
Не желая разрушать патетическую ауру, созданную культур-повидлом сегодняшней «Голубятни», вторую — софтверную — часть колонки я посвящу теме, доставляющей мне давнее и неподдельное удовольствие: духу бакунианства, витающего над Рунетом и выделяющего нас из тухлого болота зомбированных очипованных овец Нового Мирового Порядка. Начну с уже знакомого читателям портала AvaxHome.
Мы все помним, как на наших глазах чуть больше года назад произошло качественное перерождение некогда однобоких варезных сайтов в кооперативные блоги. Старт был взят практически одновременно: и AvaxHome, и KPNemo, и Medigo, и Netz, и NoName адаптировали потенциально безграничную форму открытого обмена информацией между активными участниками порталов. Новый подход создавал предпосылки для распространения не только компьютерных программ, но и книг, музыки и кинофильмов, параллельно открывая площадку для интенсивных дискуссий на общественно-культурные темы.
Как обстоят дела сегодня? Medigo и Netz, не сумевшие преодолеть маргинальность своих завсегдатаев (судя по всему — конченых тинэйджеров), решили создать неповторимый флёр на узкой специализации: книгах компьютерной тематики на русском языке, металлической музыке в MP3 и играх в стиле экшн. Информационный обмен очень вялый, хотя подборка материалов впечатляет.
Капитан Немо, избегая тематической однобокости, целиком замкнулся на русскоговорящей тусовке: судя по постам — на ближнем зарубежье и Израиле. Тем не менее контент впечатляет — вот список постов только сегодняшнего дня: книжка «Домашний электрик и не только», внушительный трибьют Владимиру Высоцкому, приуроченный к его дню рождения, узкопрофильная софтина Dr. Explain, документальный фильм из эфира НТВ «Дикий мир: борьба за выживание», «Курс русской истории» Ключевского на десяти компакт-дисках в формате MP3, пластинка Tangerin Dream Oasis «R&B Clubmix» в стиле house, книга «Универсальный цигун терапия» — и это только середина страницы последнего ежедневного обновления!
Иначе пошло развитие Avax-Home. Каким-то неведомым изворотом фортуны сей кооперативный блог полюбился всем жителям планеты, которые превратили этот русский сайт в уникальную трибуну для информационного обмена на доброй дюжине языков. Перечитывая посты и комментарии, глазам своим не верил: офтальмолог из Португалии, молодой член Коммунистической партии Италии, два австралийских инженера, канадские студенты, французские медики и политологи, разумеется, море нашего народа — весь этот Вавилон перемешан в горниле единой информационной страсти, кипит эмоциями дискуссий, жарких споров и перепалок, полнится восторгом невытравляемого человеческого желания поделиться прочитанной книгой, прослушанной пластинкой, увиденным фильмом!
Для меня феерия AvaxHome в первую очередь заключается именно в бесконечном этническом разнообразии информации: книга «The Portable MBA in Finance and Accounting», изданная John Wiley & Sons, полдюжины пластинок Yanni, гигантская коллекция корпоративных американских логотипов, полдюжины пластинок Лори Андерсон, Вангелиса, Тима Бакли (1967 год!), компакт диск «Black&Decker Everyday Home Repairs», архивная пластинка музыки Глинки в исполнении Государственного симфонического оркестра СССР под управлением Евгения Светланова, несколько дисков феноменальной турецкой рок-дивы Шебнем Ферах, полные коллекции французских шансонье, португальских исполнителей фаду… Единственное, что удручает наповал, — неподъемность информационного объема: ежедневно на AvaxHome размещается от 150 до 200 новых постов с каким-то нечеловеческим КПД — хочется скачать все!
Есть, конечно, и аверс медали: последние два месяца портал AvaxHome просто рушится под натиском неудержимого потока информации, не справляясь с проливающимся дождем hits and clicks: база данных постоянно падает, выдавая тоскливую ошибку 502 Bad Gateway. Чтобы достучаться до блога, приходится по двадцать-тридцать раз нажимать клавишу браузера Reload.
Под занавес — софтверный компонент темы. 90% информации на кооперативных блогах выложено на RapidShare. Как вы знаете, у этого немецкого файлохранилища есть два типа аккаунтов — Free и Premium. Бесплатный допуск позволяет загружать не больше двадцати мегабайт в час, что для всякого серьезного «качка» — жалкий лепет (одна пластинка с MP3 битрейтом 320 грузится в таком режиме семь часов!). Premium не имеет никаких ограничений ни по времени загрузок, ни по объему. Стоимость Premium на RapidShare — девять-двенадцать долларов в месяц, что, на мой взгляд, превращает его в безусловный must-have для информационных червей. Так вот, лучшая программа для автоматизации закачек RapidShare выпущена самой RS и называется RapidGet (рис. 2).
Наука: Спинтроника: от «микро» к «нано»
Авторы: Александр Самардак asamardak@gmail.com, Алексей Огнев
Ровно год назад в «КТ» #575 питерский физик Георгий Жувикин подробно рассказывал о целом спектре исследовательских направлений, обеспечивающих развитие компьютерной электроники на среднюю и дальнюю перспективу. Одна из главных тем здесь — спинтроника, с помощью которой уже создан ряд промышленных технологий. Публикуемая статья кратко напомнит читателям об основных принципах спинтроники и познакомит с планами и новыми достижениями в этой области. — Л.Л.-М.
Александр Самардак — доцент кафедры электроники Дальневосточного государственного университета; Алексей Огнев — заведующий лабораторией тонкопленочных технологий того же университета. Научные интересы обоих авторов — многослойные пленки с квантово-размерными эффектами, спинтроника и магнетизм.
Многие, несомненно, обращали внимание на то, что в последние несколько лет в СМИ все реже встречается термин «микроэлектроника». Гораздо чаще мы слышим и читаем о нанофизике, наноэлектронике, нанотехнологиях. Теперь каждый школьник знает, что приставка «нано» уменьшает обычный метр в миллиард раз. Однако не всем известны принципы функционирования наноустройств, таких как считывающие головки жестких дисков компьютера или сенсоры магнитного поля. Подобные устройства были бы невозможны без развития спинтроники — молодой, но уже весьма авторитетной науки, на плечи которой возложена важная миссия использования квантовых эффектов в сверхэкономичных и сверхбыстрых спиновых устройствах недалекого будущего.
Термин «спинтроника» произошел от англоязычного выражения «spin electronics» («спиновая электроника»; иногда ее называют и «магнитоэлектроникой»). Спинтроника — область науки, изучающая взаимодействие собственных магнитных моментов электронов (спинов) с электромагнитными полями[Здесь и далее авторы дают некоторые физические формулировки в упрощенном виде. — Л.Л.-М.] и разрабатывающая на основе обнаруженных явлений и эффектов спинэлектронные приборы и устройства. Но не будем спешить и последовательно рассмотрим фундаментальные аспекты темы.
Начнем с понятия спина. В теории магнетизма считается, что электрон обладает квантовым свойством — спином, из-за чего он ведет себя подобно стрелке компаса, вращающейся вокруг своей оси и соединяющей его (электрона) южный и северный полюса. Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют «спин-вверх» (мажорные спины) и «спин-вниз» (минорные спины, см. рис. 1).
Если поместить электроны в магнитное поле, то их спины выстроятся вдоль направления поля. При этом они будут прецессировать (определенным образом вращаться) вокруг силовых линий — это явление можно сравнить с орбитальной прецессией нашей планеты (рис. 2). Если выключить поле, прецессия спина прекращается и его ориентация фиксируется. Другими словами, используя эффект прецессии, можно менять спиновое состояние электрона и тем самым изменять бит информации, переносимый электроном, с логического "0" на "1" и обратно.
Отметим, что впервые в мире спин отдельного электрона «рассмотрели» ученые IBM Research Division (США), и произошло это всего год назад. Для столь прецизионной задачи они использовали так называемую магнитную резонансную силовую микроскопию (magnetic resonance force microscopy, MRFM). Но интерес исследователей к спиновой электронике возник гораздо раньше, в 1988 году, в связи с открытием Бэйбичем (M. N. Baibich ) эффекта гигантского магнитосопротивления в многослойных (количество слоев менялось от 3 до 50) магнитных наноструктурах Fe/Cr, суммарная толщина которых составляла около 100 нм. Было обнаружено, что сопротивление многослойной структуры Fe/Cr, в смежных магнитных слоях которой в отсутствие поля векторы намагниченности выстроены антипараллельно, уменьшается более чем на 50% под воздействием внешнего магнитного поля. Так как уменьшение сопротивления было столь велико, ученые назвали этот эффект гигантским магнитосопротивлением (ГМС) (такое аномальное поведение сопротивления обусловлено различиями в поведении электронов «спин-вверх» и «спин-вниз» в указанных наноструктурах). Открытие ГМС позволило создать высокоточные сенсоры магнитного поля, датчики углового вращения и, самое главное, считывающие головки жестких дисков. Первые считывающие ГМС-головки были выпущены в 1997 году компанией IBM и в настоящее время используются практически во всех жестких дисках.
В чем состоит миссия спинтроники? Дело в том, что кремниевые процессоры в ближайшие десять-пятнадцать лет достигнут предела своих возможностей, поэтому именно сейчас необходимо искать иные физические принципы, на которых будут построены быстродействующие устройства с низкими энергопотреблением и тепловыделением. В спинтронных устройствах переворот спина практически не требует затрат энергии, а в промежутках между операциями устройство отключается от источника питания. Если изменить направление спина, то кинетическая энергия электрона не изменится. Это означает, что тепла почти не выделяется. Скорость изменения положения спина очень высока. Эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).
Спинтроника уже принесла много благодатных плодов. Так, в прошлом году компания Motorola начала массовое производство спинтронных модулей памяти MRAM (Magnetoresistance Random Access Memory — магниторезистивная память с произвольной выборкой). Главное отличие таких модулей — записанная информация не пропадает при отключении питания, так как электроны способны сохранять положение спина сколь угодно долго. MRAM уже нашла применение в сотовых телефонах, мобильных компьютерах, идентификационных картах. Кроме того, новую память используют военные для управления боевыми ракетами и для контроля за космическими станциями. Высокоточные угловые, позиционные и скоростные спиновые сенсоры широко используются в автомобильных агрегатах и механизмах — например, в антиблокировочной тормозной системе, известной водителям как ABS (Antilock Braking System), благодаря которой автомобиль сохраняет прямолинейное направление движения при торможении на скользком дорожном покрытии. Современную компьютерную, теле— и видеотехнику невозможно представить без спинтронных устройств. Помимо жестких дисков, достижения спинтроники можно найти в персональных видеорекордерах (тюнерах для захвата видеосигнала с аналоговых устройств), аппаратуре телевидения высокой четкости (HDTV), DVD-приводах с интерференцией в ближнем поле (near field recording, NFR) при записи.
Чего же нам ждать от спинтроники в ближайшее десятилетие? Специалисты выделяют три главных направления ее развития: квантовый компьютер, спиновый полевой транзистор и спиновая память.
Для реализации квантового компьютера предполагается задействовать спины в полупроводниковых квантовых точках и ямах, которые называют спиновыми кубитами (квантовыми битами). Спиновый кубит может находиться в двух устойчивых состояниях, «спин-вверх» и «спин-вниз», соответствующих логическим "0" и "1" в классических компьютерах. Квантовый компьютер пока не создан, хотя его общая структура была предложена знаменитым физиком Ричардом Фейнманом (Richard Feynmann) еще в 1986 году (рис. 3). Основной частью компьютера является квантовый регистр — совокупность некоторого числа кубитов. При вводе информации в компьютер все кубиты регистра должны быть приведены в базовое состояние, соответствующее "0" или "1". Такая операция называется инициализацией. После этого цепочка кубитов (данных) поступает в квантовый процессор, который выполняет последовательность квантовых логических операций. На выходе компьютера необходимо измерить состояния кубитов, проанализировать их на обычном компьютере и получить готовое решение. Помимо специальных задач моделирования квантовых объектов, квантовые компьютеры можно будет использовать для быстрого поиска в базах данных (в частности, в больших массивах Интернета) и в криптографии. Если верить прогнозам ученых, то работоспособная версия нового типа компьютеров будет готова к 2020 году.
Спиновый полевой транзистор SFET (spin field-effect transistor) как готовое устройство пока не создан, хотя схему и принцип его действия еще в 1990 году предложили Суприйо Датта (Supriyo Datta) и Бисуоджит Дас (Biswajit Das). Работа транзистора SFET основывается на эффекте магниторезистивного туннелирования спинов через прослойку изолятора, помещенную между слоями ферромагнитного металла. В таком устройстве носители (электроны с разными спинами) инжектируются («впрыскиваются») из магнитного истока (это может быть ферромагнитный металл либо магнитный полупроводник) к стоку, намагниченному в том же направлении, что и исток, через полупроводниковый канал. Если к затвору не приложено электрическое напряжение, то поляризованные носители доходят до стока и тем самым замыкают электрическую цепь, а такое состояние транзистора называют «открытым ключом». Если на затвор подать малое напряжение, то носители начнут взаимодействовать с электрическим полем, что приведет к прецессии спинов. При определенном напряжении спины развернутся в сторону, противоположную намагниченности стока. Такое состояние соответствует «закрытому ключу», так как спины не проходят через сток. Два состояния спинового транзистора — открытый и закрытый — можно сопоставить с логическим "0" и "1" бита информации.
Первые попытки создания спинового транзистора, в котором в качестве инжектора спинов использовались ферромагнитные контакты из железа, никеля и кобальта, потерпели крах. Все дело в том, что такой способ «впрыска» спинов через границу ферромагнитный металл/полупроводник малоэффективен (число поляризованных спинов всего около 1%) из-за большого различия в их проводимостях. Как же доставить в полупроводник возможно большее число поляризованных спинов? Ученые быстро нашли ответ: нужно создавать новый класс материалов — магнитные полупроводники, которые, с одной стороны, были бы источниками спин-поляризованных электронов (спины выстроены в выбранном направлении), а с другой — легко интегрировались с традиционными полупроводниковыми устройствами. На текущий момент такие магнитные полупроводники уже существуют, например GaMnAs и Cd1—xMnxGeP2, и на их основе осуществляются попытки создания спиновых устройств. Как только будет налажено промышленное производство спиновых транзисторов, сразу же возрастет быстродействие, уменьшится энергопотребление и тепловыделение построенных на их основе микропроцессоров (которые, возможно, к тому времени назовут нанопроцессорами).
Однако самое перспективное и самое близкое сегодня к техническому воплощению спиновое устройство — спиновая память. Как вы уже поняли, для управления спином используется магнитное поле. А если спинов миллионы и каждому нужен «индивидуальный подход»? Очень трудно представить модуль памяти, содержащий миллионы наномагнитов, которые к тому же еще и не взаимодействуют друг с другом. Есть ли альтернативное решение проблемы? Да есть, и решение это подсказано более полувека назад самим Эйнштейном. Великий ученый предположил, что для быстро движущегося электрона электрическое поле будет выглядеть как магнитное. Буквально полтора года назад физики подтвердили эту гипотезу, взяв два различных по составу полупроводника и образовав из них единую структуру путем напыления в вакууме. В результате в структуре возникают внутренние механические напряжения, приводящие к появлению электрического поля, которое и становится движущей силой для электронов. Чем сильнее электрическое поле, тем больше эффективное магнитное поле, заставляющее быстрее прецессировать спины электронов. Это говорит о том, что у нас появляется возможность управлять углом наклона спинов или, иначе говоря, их фазой (направлением спина). Другими словами, направление спина необязательно принимает два фиксированных положения, соответствующих логическим "0" и "1" в классических бинарных компьютерах, а может иметь и промежуточные фазы. То есть спинтроника позволяет перейти от битов к так называемым фитам, фазовым числам, способным принимать больше значений. Представим себе модуль памяти, в котором группы спинов направлены на север, юг, восток, запад, северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Всего восемь направлений, соответствующих восьми фитам: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Чем точнее мы определим фит, тем большей плотности записи информации сможем достигнуть. Уже существует ряд методов точного определения фазового угла спинов, и можно ожидать, что сверхплотная, энергонезависимая и сверхбыстродействующая память не за горами.
Вполне возможно, через десять-пятнадцать лет новая область науки — спинтроника — будет так же важна, как сегодня важна электроника. Итак, да здравствует Её Величество Спинтроника!
Ровно год назад в «КТ» #575 питерский физик Георгий Жувикин подробно рассказывал о целом спектре исследовательских направлений, обеспечивающих развитие компьютерной электроники на среднюю и дальнюю перспективу. Одна из главных тем здесь — спинтроника, с помощью которой уже создан ряд промышленных технологий. Публикуемая статья кратко напомнит читателям об основных принципах спинтроники и познакомит с планами и новыми достижениями в этой области. — Л.Л.-М.
Александр Самардак — доцент кафедры электроники Дальневосточного государственного университета; Алексей Огнев — заведующий лабораторией тонкопленочных технологий того же университета. Научные интересы обоих авторов — многослойные пленки с квантово-размерными эффектами, спинтроника и магнетизм.
Многие, несомненно, обращали внимание на то, что в последние несколько лет в СМИ все реже встречается термин «микроэлектроника». Гораздо чаще мы слышим и читаем о нанофизике, наноэлектронике, нанотехнологиях. Теперь каждый школьник знает, что приставка «нано» уменьшает обычный метр в миллиард раз. Однако не всем известны принципы функционирования наноустройств, таких как считывающие головки жестких дисков компьютера или сенсоры магнитного поля. Подобные устройства были бы невозможны без развития спинтроники — молодой, но уже весьма авторитетной науки, на плечи которой возложена важная миссия использования квантовых эффектов в сверхэкономичных и сверхбыстрых спиновых устройствах недалекого будущего.
Термин «спинтроника» произошел от англоязычного выражения «spin electronics» («спиновая электроника»; иногда ее называют и «магнитоэлектроникой»). Спинтроника — область науки, изучающая взаимодействие собственных магнитных моментов электронов (спинов) с электромагнитными полями[Здесь и далее авторы дают некоторые физические формулировки в упрощенном виде. — Л.Л.-М.] и разрабатывающая на основе обнаруженных явлений и эффектов спинэлектронные приборы и устройства. Но не будем спешить и последовательно рассмотрим фундаментальные аспекты темы.
Начнем с понятия спина. В теории магнетизма считается, что электрон обладает квантовым свойством — спином, из-за чего он ведет себя подобно стрелке компаса, вращающейся вокруг своей оси и соединяющей его (электрона) южный и северный полюса. Спины электронов могут быть ориентированы в направлениях, которые обычно называют «спин-вверх» (мажорные спины) и «спин-вниз» (минорные спины, см. рис. 1).
В чем состоит миссия спинтроники? Дело в том, что кремниевые процессоры в ближайшие десять-пятнадцать лет достигнут предела своих возможностей, поэтому именно сейчас необходимо искать иные физические принципы, на которых будут построены быстродействующие устройства с низкими энергопотреблением и тепловыделением. В спинтронных устройствах переворот спина практически не требует затрат энергии, а в промежутках между операциями устройство отключается от источника питания. Если изменить направление спина, то кинетическая энергия электрона не изменится. Это означает, что тепла почти не выделяется. Скорость изменения положения спина очень высока. Эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).
Спинтроника уже принесла много благодатных плодов. Так, в прошлом году компания Motorola начала массовое производство спинтронных модулей памяти MRAM (Magnetoresistance Random Access Memory — магниторезистивная память с произвольной выборкой). Главное отличие таких модулей — записанная информация не пропадает при отключении питания, так как электроны способны сохранять положение спина сколь угодно долго. MRAM уже нашла применение в сотовых телефонах, мобильных компьютерах, идентификационных картах. Кроме того, новую память используют военные для управления боевыми ракетами и для контроля за космическими станциями. Высокоточные угловые, позиционные и скоростные спиновые сенсоры широко используются в автомобильных агрегатах и механизмах — например, в антиблокировочной тормозной системе, известной водителям как ABS (Antilock Braking System), благодаря которой автомобиль сохраняет прямолинейное направление движения при торможении на скользком дорожном покрытии. Современную компьютерную, теле— и видеотехнику невозможно представить без спинтронных устройств. Помимо жестких дисков, достижения спинтроники можно найти в персональных видеорекордерах (тюнерах для захвата видеосигнала с аналоговых устройств), аппаратуре телевидения высокой четкости (HDTV), DVD-приводах с интерференцией в ближнем поле (near field recording, NFR) при записи.
Чего же нам ждать от спинтроники в ближайшее десятилетие? Специалисты выделяют три главных направления ее развития: квантовый компьютер, спиновый полевой транзистор и спиновая память.
Спиновый полевой транзистор SFET (spin field-effect transistor) как готовое устройство пока не создан, хотя схему и принцип его действия еще в 1990 году предложили Суприйо Датта (Supriyo Datta) и Бисуоджит Дас (Biswajit Das). Работа транзистора SFET основывается на эффекте магниторезистивного туннелирования спинов через прослойку изолятора, помещенную между слоями ферромагнитного металла. В таком устройстве носители (электроны с разными спинами) инжектируются («впрыскиваются») из магнитного истока (это может быть ферромагнитный металл либо магнитный полупроводник) к стоку, намагниченному в том же направлении, что и исток, через полупроводниковый канал. Если к затвору не приложено электрическое напряжение, то поляризованные носители доходят до стока и тем самым замыкают электрическую цепь, а такое состояние транзистора называют «открытым ключом». Если на затвор подать малое напряжение, то носители начнут взаимодействовать с электрическим полем, что приведет к прецессии спинов. При определенном напряжении спины развернутся в сторону, противоположную намагниченности стока. Такое состояние соответствует «закрытому ключу», так как спины не проходят через сток. Два состояния спинового транзистора — открытый и закрытый — можно сопоставить с логическим "0" и "1" бита информации.
Первые попытки создания спинового транзистора, в котором в качестве инжектора спинов использовались ферромагнитные контакты из железа, никеля и кобальта, потерпели крах. Все дело в том, что такой способ «впрыска» спинов через границу ферромагнитный металл/полупроводник малоэффективен (число поляризованных спинов всего около 1%) из-за большого различия в их проводимостях. Как же доставить в полупроводник возможно большее число поляризованных спинов? Ученые быстро нашли ответ: нужно создавать новый класс материалов — магнитные полупроводники, которые, с одной стороны, были бы источниками спин-поляризованных электронов (спины выстроены в выбранном направлении), а с другой — легко интегрировались с традиционными полупроводниковыми устройствами. На текущий момент такие магнитные полупроводники уже существуют, например GaMnAs и Cd1—xMnxGeP2, и на их основе осуществляются попытки создания спиновых устройств. Как только будет налажено промышленное производство спиновых транзисторов, сразу же возрастет быстродействие, уменьшится энергопотребление и тепловыделение построенных на их основе микропроцессоров (которые, возможно, к тому времени назовут нанопроцессорами).
Однако самое перспективное и самое близкое сегодня к техническому воплощению спиновое устройство — спиновая память. Как вы уже поняли, для управления спином используется магнитное поле. А если спинов миллионы и каждому нужен «индивидуальный подход»? Очень трудно представить модуль памяти, содержащий миллионы наномагнитов, которые к тому же еще и не взаимодействуют друг с другом. Есть ли альтернативное решение проблемы? Да есть, и решение это подсказано более полувека назад самим Эйнштейном. Великий ученый предположил, что для быстро движущегося электрона электрическое поле будет выглядеть как магнитное. Буквально полтора года назад физики подтвердили эту гипотезу, взяв два различных по составу полупроводника и образовав из них единую структуру путем напыления в вакууме. В результате в структуре возникают внутренние механические напряжения, приводящие к появлению электрического поля, которое и становится движущей силой для электронов. Чем сильнее электрическое поле, тем больше эффективное магнитное поле, заставляющее быстрее прецессировать спины электронов. Это говорит о том, что у нас появляется возможность управлять углом наклона спинов или, иначе говоря, их фазой (направлением спина). Другими словами, направление спина необязательно принимает два фиксированных положения, соответствующих логическим "0" и "1" в классических бинарных компьютерах, а может иметь и промежуточные фазы. То есть спинтроника позволяет перейти от битов к так называемым фитам, фазовым числам, способным принимать больше значений. Представим себе модуль памяти, в котором группы спинов направлены на север, юг, восток, запад, северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Всего восемь направлений, соответствующих восьми фитам: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Чем точнее мы определим фит, тем большей плотности записи информации сможем достигнуть. Уже существует ряд методов точного определения фазового угла спинов, и можно ожидать, что сверхплотная, энергонезависимая и сверхбыстродействующая память не за горами.
Вполне возможно, через десять-пятнадцать лет новая область науки — спинтроника — будет так же важна, как сегодня важна электроника. Итак, да здравствует Её Величество Спинтроника!
СОБЫТИЯ:"Спинометр" зашкаливает
Автор: Киви Берд
В политическом жаргоне США и других англоязычных стран давно закрепился занятный термин «spin doctor», смысл которого политкорректные словари переводят как «специалист, препарирующий информацию в выгодном для себя и своей партии духе и преподносящий ее СМИ под нужным углом зрения». Если же принимать в расчет контекст, в котором обычно используется этот термин, то перевод будет гораздо проще — «мастер вранья». Можно даже сказать, что грубый перевод более адекватен, поскольку сам термин произошел от выражения «spin yarn», в исходном смысле означающего «прясть пряжу», а в переносном «плести небылицы».
Столь пространное политико-лингвистическое вступление понадобилось по той причине, что без него трудно объяснить суть новой программы-"спинометра", созданной в канадском университете Куинз, Онтарио. Теперь же мы можем догадаться по названию программы, что ее алгоритм оценивает уровень вранья в речах политических деятелей или, выражаясь предельно корректным языком разработчика программы Дэвида Скилликорна (David Skillicorn), вычисляет «спин, то есть долю текста или речи, очевидный смысл которых не является истинным убеждением человека, произносящего или написавшего эти слова».
В основу алгоритма положена психологическая модель, построенная американцем Джеймсом Пеннебейкером (James Pennebaker) из Техасского университета. Изучая характерные структуры в речах и текстах многих сотен добровольцев, излагающих заведомую правду или заведомую ложь, Пеннебейкер сумел выделить слова и выражения, с большой вероятностью свидетельствующие об обмане. Например, в речах лжеца уменьшается употребление личных местоимений, таких как «я, мы, меня, нас», и слов-ограничителей, таких как «однако» и «за исключением». Предполагается, что эти структурные особенности имеют неконтролируемое подсознательное происхождение и чем-то похожи на физиологические признаки лжи, вроде расширения зрачка или изменения ритма дыхания, которые часто используются на допросах для уличения людей в неискренности.
В политическом жаргоне США и других англоязычных стран давно закрепился занятный термин «spin doctor», смысл которого политкорректные словари переводят как «специалист, препарирующий информацию в выгодном для себя и своей партии духе и преподносящий ее СМИ под нужным углом зрения». Если же принимать в расчет контекст, в котором обычно используется этот термин, то перевод будет гораздо проще — «мастер вранья». Можно даже сказать, что грубый перевод более адекватен, поскольку сам термин произошел от выражения «spin yarn», в исходном смысле означающего «прясть пряжу», а в переносном «плести небылицы».
Столь пространное политико-лингвистическое вступление понадобилось по той причине, что без него трудно объяснить суть новой программы-"спинометра", созданной в канадском университете Куинз, Онтарио. Теперь же мы можем догадаться по названию программы, что ее алгоритм оценивает уровень вранья в речах политических деятелей или, выражаясь предельно корректным языком разработчика программы Дэвида Скилликорна (David Skillicorn), вычисляет «спин, то есть долю текста или речи, очевидный смысл которых не является истинным убеждением человека, произносящего или написавшего эти слова».