Antiferomagnetická paměť připomíná lidské neurony

Pro laika to jsou těžko představitelné škály. Pro srovnání – femtosekundu dělí od sekundy patnáct řádů a podobný počet řádů je mezi sekundou a stářím vesmíru. Antiferomagnety se navíc chovají spíše jako součástky, které máme v mozku – neurony – než jako ty klasické, které umí jen nuly a jedničky. Otevírá se tak možnost zkonstruovat bleskurychlý umělý mozek?

Práce pracovníků Laboratoře OptoSpintroniky, na které dále spolupracovaly laboratoře z Univerzity v Nottinghamu, z ETH Curych a z Univerzity v Řezně, navazuje na experiment publikovaný týmem v roce 2016 v Science. Ten poprvé ukázal možnost využití antiferomagnetů pro ukládání dat v mikroelektronických součástkách. Vědci tehdy dokázali zapsat informaci do antiferomagnetu pomocí elektrických pulzů o délce 100 milisekund. V současné práci zkrátili dobu zápisu bilionkrát a zároveň překonali o mnoho řádů limity dnešních polovodičových nebo feromagnetických pamětí.

Feromagnet je běžně známý typ magnetu, který se používá v počítačových pevných discích nebo magnetických paměťových čipech a mnohým z nás visí na ledničce. Antiferomagnety jsou na první pohled kuriozita, protože mají krystalovou mřížku uspořádanou tak, že nano-magnet jednoho atomu míří jedním směrem, zatímco sousedního atomu míří přesně opačně. Navenek je tak jejich magnetismus neviditelný – na ledničce tedy nedrží. Magnetické látky se ale překvapivě mnohem častěji uspořádávají takto antiferomagneticky než feromagneticky. Tím, že se lidé posledních 3000 let soustředili téměř výlučně na feromagnety, tak vlastně ignorovali většinu možností, které obor magnetismu ukrývá.

A jednou z takových možností by mohlo být vyřešení základního omezení současných počítačů, které souvisí s tím, že mají oddělenou paměť od části, kde se informace zpracovává. V mozku máme naopak tyto funkce integrované v husté síti neuronových paměťo-procesorů. Antiferomagnetické součástky umí podobně jako neurony nejen informaci uložit, ale také spočítat kolik zapisovacích pulzů do neuronu přišlo, případně v jakých časových intervalech. To naznačuje, že by mělo být v budoucnu skutečně možné vytvořit bleskurychlý umělý mozek.

Jeden háček to ale má. Vytvořit umělý neuron, který je o nějakých dvanáct řádů rychlejší než v našem mozku, je nyní skutečně možné. Na druhé straně asi ještě hodně dlouho nebudeme schopni zkonstruovat hustě propojenou síť sta miliard takových neuronů. Ono neuronové bludiště, které dává lidskému mozku zatím nenapodobitelnou schopnost – vědomí.

Kontakty:

• Zdeněk Kašpar (kasparz@fzu.cz)
• Kamil Olejník (olejnik@fzu.cz)
• Tomáš Jungwirth (jungw@fzu.cz)
• Petr Němec (nemec@karlov.mff.cuni.cz)

Fyzikální ústav AV ČR