Team udnytter spin af elektroner til at drive tech -enheder

Med udgangspunkt i flyvevåbnets behov for at udvikle tekniske enheder, der kræver minimal opladning i marken, University of Texas i San Antonio (UTSA) bruger principper inden for kvantevidenskab og teknik til at bygge en grafenbaseret logisk enhed. Denne nye teknologi vil forbedre energieffektiviteten af ​​batteriafhængige enheder fra mobiltelefoner til computere.

"Vi udvikler enheder, der kan fungere næsten uden batterier, "sagde Ethan Ahn, UTSA adjunkt i elektroteknik.

UTSA ingeniører bruger spintronics, studiet af en elektron iboende kvantemekanisk egenskab kaldet spin, at tillade lav effektdrift med en mulig anvendelse i kvanteberegning.

"En elektron er lidt, men meget stærk magnet, "sagde Ahn." Forestil dig, at en elektron drejer på sin egen akse, enten op eller ned. "

Traditionelle teknologiske enheder bruger elektronisk ladning af elektroner til strøm. I spintronics, forskere tapper elektronernes iboende spin som en ny strømkilde. Med denne nye tilgang, enheder kræver færre elektroner for at fungere.

Der er forhindringer, imidlertid, ved at udnytte spin -kraften. I kvanteberegning, der udnytter elektronernes spin til at overføre information, udfordringen for forskere er, hvordan man fanger spin så effektivt som muligt.

"Hvis du har injiceret 100 elektroner til kanalen for at drive det næste logiske kredsløb, du kommer måske kun til at bruge et eller to spins, fordi injektionseffektiviteten er meget lav. Dette er 98 procent spin tabt, "sagde Ahn.

For at forhindre tab af centrifugering, Ahn har udviklet den nye idé om "zero-power carbon interconnect" ved at bruge nanomaterialer som både spin-transportkanalen og tunnelbarrieren. Disse nanomaterialer er som et ark papir, et todimensionalt lag af carbonatomer med kun få nanometer i tykkelse, og det er kontaktpunktet, hvor spin -injektion indføres i enheden. Ahns prototype er en sammenkobling bygget med et reduceret grafenoxidlag.

"Det er nyt, fordi vi bruger grafen, et nanomateriale, for at forbedre centrifugering. Ved at kontrollere mængden af ​​oxid på grafenlagene, vi kan finjustere elektroners ledningsevne, "sagde Ahn.

Graphene har en udbredt appel, fordi det er verdens stærkeste nanomateriale. Faktisk, rumtemperaturens ledningsevne for grafen er højere end for noget andet kendt materiale.

Hvis det lykkes, nul-power carbon interconnect, som Ahn skaber med sine samarbejdspartnere ved UT-Austin og Michigan State University, ville blive integreret i logikkomponenten i en computerchip.

Enheden, engang udviklet, vil blive forelagt US Air Force Office of Scientific Research, som understøtter UTSA's arbejde med et treårigt tilskud.

"Militæret har brug for mindre enheder, der kan fungere på fjerntliggende marker uden at skulle genoplade batterier, "sagde Ahn." Hvis vores nul-effekt kulstofforbindelse er vellykket, det vil forbedre effektiviteten af ​​grafenspintronik-et afgørende skridt i udviklingen af ​​den næste generation af laveffektelektronik som kvantecomputing. "

Denne sammenkobling kan også være yderst fordelagtig for cloud computing -industrien. Ifølge Data Knowledge Center, on-demand cloud computing-platforme såsom Amazon Web Services alene forbruger omkring to procent af landets energi. Hvis kulforbindelsen uden effekt er vellykket, cloud -servere som dem, der tilbyder streamingtjenester som Netflix eller værtsdata, kunne fungere hurtigere og med mindre elektricitet.