Međunarodni tim istraživača, među kojima je i naš fizičar Predrag Lazić s Instituta Ruđer Bošković, objavio je rad u uglednom časopisu Nature koji bi trebao omogućiti razvoj superbrzih i učinkovitih računala na sobnim temperaturama.

Nova tehnologija temelji se na inovativnom načinu slaganja i uporabi molekularnih magneta – tanki slojevi kobalta i organskih molekula mogli bi otvoriti put prema realizaciji medija za pohranu podataka velikih kapaciteta te brzih i energijski efikasnijih računalnih procesora.

‘Već sada eksperiment je na nivou uređaja koji ima 64 takva spoja’, kaže naš fizičar. ‘No obično od početka rada na nekom materijalu do njegove komercijalne primjene prođe oko 18 godina. Otkriće je patentirao MIT.’

Povećanje računalne snage i smanjenje potrošnje energije do sada se baziralo na smanjenju dimenzija procesora i memorije. No ovakva strategija približava se svome prirodnom kraju koji je određen fizikalnim zakonima. Naime, dijelovi od kojih se sastoje procesor i memorija smanjivanjem postaju premali i nestabilni te se podaci više ne mogu pouzdano ni spremati niti obrađivati. Jedan od razloga tome je da već jedan atom viška ili manjka u elektroničkim elementima procesora, koji bi bili veličine nekoliko atoma, može stvoriti potpuno drugačija fizikalna svojstava elementa.

Točan broj i položaj atoma u metalima i poluvodičima od kojih se uglavnom sastoje današnji elektronički elementi procesora i memorija se praktički ne može kontrolirati. Mogući izlaz nudi se u tzv. ‘molekularnoj’ elektronici s nanometarskim dijelovima – molekulama. Molekule se sastoje od točno određenog broja atoma, a mogu se prilično jeftino proizvesti uvijek u točno jednakom obliku. Ukoliko se pri tome osim elektronskog naboja iskoristi i svojstvo elektronskog magnetskog momenta (spina) otvaraju se mogućnosti realizacije potpuno novih funkcionalnosti – poput nevolatilnih memorija ili kvantnih računala.

Molekule za takvu ‘molekularnu spinsku elektroniku’ moraju posjedovati posebna magnetska svojstva. Ona su tipično vrlo osjetljiva i do sada su se često gubila pri kontaktu molekule s anorganskim materijalima na koje se molekule moraju pričvrstiti radi provođenja struje.

U novoj studiji istrazivači iz (Njemačke) Forschungszentrum Jülicha, Univerziteta u Göttingenu, (SAD-a) MIT-a, (Hrvatske) Ruđer Boškovića i (Indije) IISER-Kalkuta pronašli su nov način kojim se neizostavno međudjelovanje između molekule i podloge ciljano iskorištava za stvaranje hibridnog sustava magnetske molekule i podloge sa željenim svojstvima.

Na magnetski sloj kobalta stavljen je nemagnetski Zinkmethylphenylalenyl (ZMP), mala metalno-organska molekula. Testovi su pokazali da ZMP zajedno s površinom kobalta čini svojevrstan magnetski ‘sendvič’ čije se magnetsko stanje može prebacivati pomoću magnetskog polja. Dva moguća stanja takvog sustava imaju različita svojstva i mogu se koristiti kao stanja uključeno-isključeno. Glavna razlika između stanja je u vrijednosti električnog otpora koja se mijenja za više od 20 posto. Do sada su za takve efekte, koji se koriste za pohranu, obradu i čitanje podataka, u molekularnim sustavima bile potrebne temperature ispod minus 200 stupnjeva Celzijevih. Novi sustav pokazuje jako svojstvo magnetootpora već pri minus 20 stupnjeva celzijusa i stoga predstavlja značajan korak na putu razvoja molekularnih medija za pohranu podataka i računalnih komponenti koji bi funkcionirali na sobnoj temperaturi.

Pri razvoju fizikalnog modela koji objašnjava svojstva materijala vrlo su važni bili računi na superračunalu u Jülichu.

U ovom sustavu presudno je to što je molekula praktički ravna pa se dvije slažu jedna na drugu vrlo gusto i vežu na površinu kobalta. Kobalt i donja molekula tvore magnetski sendvič dok gornja molekula djeluje kao spinski filtar koji propušta samo elektrone određenog usmjerenja spina. Koje usmjerenje će prolaziti kroz filtar može se odrediti pomoću npr. magentskog polja. Slijedeći spoznaje iz ovog rada želja je istraživača dalje optimizirati ovakav sustav i omogućiti promjenu svojstva filtriranja pomoću električnog polja ili svjetlosnog pulsa.

Lazić priznaje da se ovakve nove tehnologije mogu istraživati samo u bogatim zemljama.

‘Infrastruktura, što eksperimentalna što računalna je vrlo skupa i zahtijeva velika ulaganja. Primjerice Blue Gene računalo u Juelichu koje smo koristili je samo po sebi užasno skupo. No također morate računati da je godišnji izdatak za struju za njega oko 5 milijuna eura. Blue Gene se hladi vodom koja se potom koristi za grijanje cijelog instituta u zimskim mjesecima. Smješteno je u posebnoj zgradi u kojoj se u slučaju požara vatra gasi xenonom i slično’, objasnio je.

Poanta ovog istraživanja je da objedinjuje fundamentalnu znanost i tehnologiju. Teorijska znanost možda se i može raditi bilo gdje – stručnjak se može spojiti na superračunalo preko interneta, ali za eksperiment, a osobito za tehnologiju potrebna je velika i razvijena infrastruktura i tu je MIT bez premca u svijetu. Osim toga bitno je imati puno dobrih ljudi iz raznih područja i u tom smislu je ova suradnja rezultat i vrlo sretnih okolnosti.

U Hrvatsku se vratio 1. lipnja 2012-e godine iz privatnih razloga, no neprestano razmišlja o trajnom napuštanju ne samo Hrvatske već i Europe.