Forskere finder en mulig løsning på overophedning af mobiltelefoner

Moderne computerhukommelse koder information ved at skifte magnetiske bits inden for enheder. Nu, en banebrydende undersøgelse foretaget af forskere fra NUS Electrical and Computer Engineering har fundet en ny effektiv måde at bruge 'spin-bølger' til at skifte magnetisering ved stuetemperatur for mere energieffektiv spin-hukommelse og logiske enheder.

Traditionelle elektroniske chips lider af betydelig "Joule -varme, "der opstår på grund af strømmen af ​​en elektrisk strøm, der producerer høje temperaturer. Det er forårsaget af hurtig bevægelse og hyppig kollision mellem bevægelige ladninger inde i enhederne. Dette alvorlige problem forårsager ikke kun en stor mængde strømafbrydelse, men forhindrer også chipens behandlingshastighed og begrænser antallet af chips, der kan inkorporeres i apparater.

"Vi støder altid på sådanne problemer og ulemper, når vi bruger vores telefoner, computere og andre elektroniske enheder. Vi oplever ofte, at disse enheder bliver 'varme' og 'langsomme', ' i øvrigt, vi skal oplade dem ofte og skal nogle gange medbringe en anden bærbar oplader, "forklarede professor Yang Hyunsoo, teamlederen for denne forskning.

Så, frem for at vedtage standard elektroninjektionsmetoder, der bruges i traditionel elektronik, Prof Yangs team brugte kreativt "spinbølger" til at skifte magnetisering. Spinbølger formerer forstyrrelser i bestilling af magnetiske materialer, og set fra quasiparticle synspunkt, spinbølger er kendt som "magnoner".

Teamet byggede et dobbeltlagssystem bestående af en antiferromagnetisk magnontransportkanal og en topologisk isolator -spin -kilde. I en verdens første, de demonstrerede derefter med succes spinbølge -drevet magnetiseringskifte i det tilstødende ferromagnetiske lag med en høj effektivitet ved stuetemperatur.

Den nye skifteordning baseret på spinbølger kan undgå at flytte ladninger. Derfor, meget mindre Joule varme og strømafledning ville forventes for enheder. Fremskridtet med spin-wave-baseret switching kunne åbne en ny vej for energieffektive chips.

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort den 29. november 2019 i Videnskab .

Spinbølger og magnon -moment

"Spinbølgerne (magnoner) kan levere spin -information selv i isolatorer uden at involvere bevægelige ladninger. Denne unikke egenskab muliggør muligvis længere spin -udbredelse, men med lavere spredning i forhold til elektron -spins, "forklarede Dr. Wang Yi, den første forfatter til dette værk.

"Så kan vi styre magnetiseringen, hvis vi overfører spin -informationen fra magnonerne til den lokale magnetisering, som kan forstås som 'magnon -moment, sagde Wang. Ligesom en lineær kraft er et skub eller et træk, et drejningsmoment kan betragtes som et twist til et objekt. "Derfor, denne nye måde at manipulere magnetiseringen kan bruges til fremtidig datahukommelse og logiske enheder, " han tilføjede.

Potentielle applikationer og næste trin

"Vores arbejde viser først, at magnon -drejningsmomentet er tilstrækkeligt til at skifte magnetisering ved stuetemperatur. Selv effektiviteten af ​​magnon -drejningsmomentet kan sammenlignes med tidligere forfulgte elektriske centrifugeringsmomenter. Vi mener, at det kan forbedres væsentligt med tekniske anordninger yderligere, så magnonmomentet bliver mere energieffektivt, "Sagde prof Yang.

"Vi ved, at det elektriske centrifugeringsmoment har åbnet æraen for applikationer til spintronic-apparater, såsom magnetiske random access-hukommelser (MRAM'er). Vi mener, at vores rapport om det nye magnon-drejningsmomentskema til magnetiseringskifte er en spilændrende idé inden for spintronics. Det vil styrke ikke kun et nyt forskningsområde inden for magnonics, men også praktiske anordninger, der drives af magnoner, "Sagde Dr. Wang.

Næste, forskergruppen vil yderligere konstruere effektiviteten af ​​magnonmomenter og udforske alle magnon -enheder uden at involvere elektriske dele. Ud over, driftsfrekvensen for spinbølger er i terahertz -området. Terahertz -enheder kan overføre data ved væsentligt højere hastigheder end i øjeblikket muligt. "Derfor, magnon -momentbaserede enheder tillader implementering af applikationer med ultrahøj hastighed i fremtiden, "Sagde prof Yang.