自旋冰将会是下一代新型低功耗超级计算机的基石

自旋冰是一种特殊的人造冰。它看起来很普通，但在它的晶格中，水分子被磁性纳米晶体所取代。这会导致准粒子的出现，其性质类似于不与物理载体绑定的磁荷。

自旋冰中的纳米磁体形成所谓的kagome晶格或六边形图案，在这样一个晶格的单元中，有六个磁体，每个磁体都有两种自旋状态：向内或向外。

在达到绝对零度的超低温下，原子的自旋排列成一部分向内，另一部分向外。结果产生了64种潜在的磁状态。如果有两个这样的单元格，则状态的数量将会增加到大约2000个。

这项研究由保罗谢勒研究所和苏黎世联邦理工学院的科学家进行，该项目实现了包含数千个纳米磁体，其中存在大量磁态。

实验使用了Permalla，一种含45-82%镍的铁合金。将该化合物沉积在硅基板上，然后在另一个基板上进行平板印刷，形成通过 10 微米厚的磁桥相互连接的 kagome 六边形。

在研究过程中，物理学家设法在晶体之间建立了纳米级磁桥，这使得它们的反应更加可预测。还可以检查阵列中纳米磁体的磁性状态如何随时间变化。

对于自旋冰，人们已经预测了磁相变的可能性，但以前从未观察到它们。这项新的实验使用了显微镜和X射线同步加速器，在它们的帮助下，科学家们能够看到自旋冰中的相变。此外，他们还拍摄了纳米磁体相互作用的视频，并确定了相变时产生的磁自旋的排列。

物理学家的最终目标是制造出如此小的磁性粒子，只要将温度降低到接近绝对零的值，它们的自旋或自身的角动量就可以指向正确的方向。

在这种情况下，自旋冰可以用于高性能计算。特别是用于天气预报、金融市场、图像或语音识别等方面的计算。

基于自旋冰的超级计算机将能够以与人脑相同的方式工作，只有在神经元的位置上，磁铁才会受到磁场或电流的影响。

虽然这台计算机预计不会很快出现，但物理学家已经在考虑使用自旋冰的可能性，特别是操纵相变。