Paul Scherrer 研究所和苏黎世联邦理工学院的研究人员成功实现了一项技术突破，这可能会导致新形式的低能耗超级计算。

它基于一种叫做人造自旋冰的东西：想象水分子冻结成冰晶格，然后用磁性纳米晶体代替水。构建良好自旋冰的关键是将磁性粒子变得如此之小，以至于它们只能通过将它们降低到一定温度以下来极化或“旋转”。

当这些磁铁被冻结时，它们会排列成格子状，就像水冰一样，但具有重新排列成近乎无限的磁性组合的额外潜力。在这里，用例开始出现，这个实验的一些突破可以让我们朝着正确的方向前进。

这一发现由 PSI 物理学家 Kevin Hofhuis 和 PSI 研究人员/苏黎世联邦理工学院教授 Laura Heyderman 和 Peter Derlet 完成，可以为低能 HPC 应用铺平道路，并在油藏计算中具有额外的潜在用途，其中涉及使用更高维度的固定线性系统比信号映射的输入。“有许多领域可以应用水库计算，包括天气和金融市场预测、图像和语音识别以及机器人技术，”Hofhuis 说。

海德曼甚至推测，高速、低功耗的自旋冰超级计算机可能类似于人脑：“该过程基于大脑中的信息处理，并利用人造自旋冰对刺激的反应，例如磁场或电流。”

旋转冰背后的科学

需要明确的是，这奠定了基础，但旋转冰超级计算机不是在不久的将来。这并没有阻止研究人员推测如何使用旋转冰和相变的操纵。

“理论上已经预测了人造kagome旋转冰的磁相变，但以前从未观察到它们，”海德曼说，他已经在旋转冰上进行了十多年的 研究和发表。

在这个实验中，一种称为坡莫合金的镍铁化合物被铺展在硅基板上，然后以六边形图案光刻在基板上，每个都通过这些桥连接，这些桥是使他们能够调整和观察相变的关键。

正如 Hofhuis 解释的那样，kagome形式的每个磁体（一个环由六个磁体组成）有两个排列，这意味着 64 个潜在的磁态。两个环将其增加到超过 2,000 种可能的状态，依此类推。Hofhuis 说：“在我们拥有数千个纳米磁体的大型阵列中，存在着难以想象的大量磁态。”

实验团队取得了两项重大突破：在磁体之间建立了纳米级磁桥，使它们的响应更加可预测，并验证了阵列中纳米磁体的磁态如何随时间演变。后一个发现需要一个特殊的显微镜和一个 X 射线同步加速器，但让他们看到自旋冰中的实际相变。

这些桥只有 10 微米厚（一根人的头发大约 70 微米），研究人员能够捕捉到纳米磁体相互作用的视频，但除了推断发生在相变的时刻。

Hofhuis 说他需要 Derlet 设计的模拟来证明他所记录的是相态变化。“只有将记录的图像与这些模拟进行比较，才能证明在显微镜下观察到的过程实际上是相变，”PSI 说。

在一天结束时，研究人员生产并测量了人造kagome旋转冰，它足够小，可以做旋转冰应该做的事情：只能通过温度诱导的磁相变形成。使用它进行超级计算将需要更多时间