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.
Prvo iskustvo postdoka vani – u Juelichu u Njemačkoj je bilo vrlo dobro no sam dojam nije bio bitno drukčiji od rada na Ruđeru. Osim sto su stvari malo bolje organizirane i što ima daleko vise novaca način rada je bio prilično sličan – rekao bih tipičan europski. Par mjeseci nakon što sam došao, dr. Peter Gruenberg iz Juelicha je dobio Nobelovu nagradu za otkriče magnetootpora (2007.) zajedno s dr. Albertom Fertom. Tada sam prvi put uživo vidio nekog Nobelovca, štoviše novopečenog. Upravo taj efekt magnetootpora je kljucan i u ovom članku u Natureu. FZ Juelich je inače to otkriče patentirao još 80-ih godina i prodao ga IBM-u. Od početka 90-ih praktički svi hard diskovi bazirani su na njemu.
To je bio i prvi susret sa pravim super-računalom koje je bilo smjesteno doslovno 100tinjak metara od mog ureda. U trenutku pustanja u pogon to je bilo drugo najsnaznije racunalo u svijetu a i danas je medju prvih 5 (u medjuvremenu je bitno nadogradjeno novim modelima BlueGenea). Sama mogucnost rada na takvom racunalu daje vam prednost pred ostalim istrazivacima koji nemaju prilike pustiti svoj kod na 400,000 procesora. Razvoj koda na takvom racunalu i objavljeni radovi su vjerojatno ono sto mi je omogucilo dobivanje slijedeceg post doca na MITu.
Nakon Juelicha i Njemačke uslijedilo je iskustvo na MIT-ju i u Americi općenito.
MIT je daleko poznatiji od Juelicha. Sam izgled i oprema MIT-a nije tako reprezentativna i skupa kao možda u Njemačkoj, ali način rada i pristup problemima je potpuno drugačiji nego igdje u svijetu. Na MITu ima priličan broj aktivnih Nobelovaca i neke od njih se često može sresti pri odlasku na ručak. Ljudi puno manje robuju titulama i formalnostima. Primjerice profesora kod kojeg sam došao u grupu odmah sam oslovljavao po nadimku. Dakle čak ne ni po imenu što je inače uobičajeno.
Grupa u koju sam došao bavila se materijalima s posebnim naglaskom na punjive litij ionske baterije. Zbog toga je velik dio financiranja dolazio od Samsunga. Na naš seminar znao je navratiti CEO Samsunga iz Koreje da nas pita što bi im mi predložili da rade u Samsungu. Iskustvo je bilo nevjerojatno i s investicijske strane. Jednom prilikom posjetio nas je Vinod Khosla s ponudom od 7 M $ za osnivanje tvrtke koja bi tražila nove termoelektrične materijale. Vinod Khosla je inace osnovao SUN microsistems davnih 1980-ih i na tome stekao značajan imetak, veći od 1.4 milijardi dolara.
Takve stvari su vise manje uobičajene na MIT-ju. Studenti, postdoktorandi i naravno profesori su najbolji od najboljih iz cijelog svijeta i samo iz rasprava s nekim od njih čovjek može naučiti puno. Po mom mišljenju to je najveća vrijednost nekog instituta ili sveučilišta – ljudi.