Ny enhed i nanoskala til spinteknologi

Forskere ved Aalto Universitet har udviklet en ny enhed til spintronik. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , og markere et skridt mod målet om at bruge spintronics til at lave computerchips og enheder til databehandling og kommunikationsteknologi, der er små og kraftfulde.

Traditionel elektronik bruger elektrisk ladning til at udføre beregninger, der driver det meste af vores daglige teknologi. Imidlertid, ingeniører er ikke i stand til at få elektronik til at lave beregninger hurtigere, som bevægende ladning skaber varme, og miniaturisering har nået termodynamikkens grænser. Fordi elektronik ikke kan gøres mindre, der er bekymring for, at computere ikke vil være i stand til at blive mere kraftfulde og billigere i samme hastighed, som de har været i de sidste syv årtier. Det er her, spintronics kommer ind i billedet.

Spin er en egenskab ved partikler som elektroner på samme måde som ladning er. Forskere er begejstrede for at bruge spin til at udføre beregninger, fordi det undgår opvarmningsproblemerne fra nuværende computerchips. "Hvis du bruger spin-bølger, det er overførsel af spin, du flytter ikke ladningen, så du ikke skaber opvarmning, " siger professor Sebastiaan van Dijken, som leder gruppen, der har skrevet opgaven.

Magnetiske materialer i nanoskala

Enheden holdet lavede er en Fabry-Pérot resonator, et velkendt værktøj inden for optik til at skabe lysstråler med en stramt styret bølgelængde. Spin-bølge-versionen lavet af forskerne i dette arbejde giver dem mulighed for at kontrollere og filtrere bølger af spin i enheder, der kun er et par hundrede nanometer på tværs.

Apparaterne blev lavet ved at lægge meget tynde lag af materialer med eksotiske magnetiske egenskaber oven på hinanden. Dette skabte en enhed, hvor spin-bølgerne i materialet ville blive fanget og annulleret, hvis de ikke var af den ønskede frekvens. "Konceptet er nyt, men let at implementere, " forklarer Dr. Huajun Qin, avisens første forfatter, Tricket er at lave materialer af god kvalitet, som vi har her hos Aalto. Det faktum, at det ikke er udfordrende at lave disse enheder, betyder, at vi har masser af muligheder for nyt spændende arbejde."

Trådløs databehandling og analog databehandling

Problemerne med at fremskynde elektronik går ud over overophedning; der er også komplikationer i trådløs transmission, da trådløse signaler skal konverteres fra deres højere frekvenser ned til frekvenser, som elektroniske kredsløb kan håndtere. Denne omdannelse bremser processen og kræver energi. Spin wave chips er i stand til at fungere ved de mikrobølgefrekvenser, der bruges i mobiltelefoner og WiFi-signaler, hvilket betyder, at der er et stort potentiale for, at de kan bruges i endnu hurtigere og mere pålidelige trådløse kommunikationsteknologier i fremtiden.

Desuden, spin-bølger kan bruges til at udføre databehandling på måder, der er hurtigere end elektronisk databehandling ved specifikke opgaver "Elektronisk databehandling bruger "boolesk" eller binær logik til at lave beregninger, " forklarer professor van Dijken. "Med spin-bølger, informationen føres i bølgens amplitude, hvilket giver mulighed for mere analog-stil computing. Dette betyder, at det kan være meget nyttigt til specifikke opgaver som billedbehandling eller mønstergenkendelse. Det fantastiske ved vores system er, at størrelsesstrukturen betyder, at det skal være nemt at integrere i eksisterende teknologi."

Nu hvor holdet har resonatoren til at filtrere og kontrollere spin-bølgerne, de næste trin er at lave et komplet kredsløb for dem. "At bygge et magnetisk kredsløb, vi skal være i stand til at lede spin-bølgerne mod funktionelle komponenter, ligesom den måde at lede elektriske kanaler på elektroniske mikrochips. Vi ser på at lave lignende strukturer til at styre spin-bølger, " forklarer Dr. Qin.