Nieuw apparaat op nanoschaal voor spin-technologie

Onderzoekers van Aalto University hebben een nieuw apparaat voor spintronica ontwikkeld. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communicationsen markeer een stap in de richting van het doel om spintronica te gebruiken om computerchips en apparaten voor gegevensverwerking en communicatietechnologie te maken die klein en krachtig zijn.

Traditionele elektronica gebruikt elektrische lading om berekeningen uit te voeren die de meeste van onze dagelijkse technologie aandrijven. Ingenieurs zijn echter niet in staat elektronica sneller berekeningen te laten maken, omdat bewegende lading warmte creëert en miniaturisatie de limieten van de thermodynamica heeft bereikt. Omdat elektronica niet kleiner kan worden gemaakt, zijn er zorgen dat computers niet in hetzelfde tempo krachtiger en goedkoper kunnen worden als in de afgelopen zeven decennia. Dit is waar spintronica om de hoek komt kijken.

Spin is een eigenschap van deeltjes zoals elektronen op dezelfde manier als lading. Onderzoekers zijn enthousiast over het gebruik van spin om berekeningen uit te voeren, omdat het de opwarmingsproblemen van de huidige computerchips vermijdt. “Als je spingolven gebruikt, is het overdracht van spin, verplaats je geen lading, dus creëer je geen verwarming”, zegt professor Sebastiaan van Dijken, die de groep leidt die de paper heeft geschreven.

Magnetische materialen op nanoschaal

Het apparaat dat het team heeft gemaakt, is een Fabry-Pérot-resonator, een bekend hulpmiddel in de optica voor het creëren van lichtbundels met een strak gecontroleerde golflengte. De spin-wave-versie die door de onderzoekers in dit werk is gemaakt, stelt hen in staat om rotatiegolven te controleren en te filteren in apparaten die slechts enkele honderden nanometers breed zijn.

De apparaten zijn gemaakt door zeer dunne laagjes materiaal met exotische magnetische eigenschappen op elkaar te klemmen. Dit creëerde een apparaat waarbij de spingolven in het materiaal zouden worden vastgehouden en geannuleerd als ze niet de gewenste frequentie hadden. “Het concept is nieuw, maar eenvoudig te implementeren”, legt Dr. Huajun Qin, de eerste auteur van het artikel, uit, “het is de kunst om materialen van goede kwaliteit te maken, die we hier bij Aalto hebben. Het feit dat het niet moeilijk is om deze apparaten te maken, betekent dat we veel mogelijkheden hebben voor nieuw opwindend werk. “

Draadloze gegevensverwerking en analoog computergebruik

De problemen met het versnellen van elektronica gaan verder dan oververhitting; er zijn ook complicaties bij draadloze transmissie, aangezien draadloze signalen moeten worden omgezet van hun hogere frequenties naar frequenties die elektronische schakelingen kunnen beheren. Deze omzetting vertraagt ​​het proces en kost energie. Spin wave-chips kunnen werken op de microgolffrequenties die worden gebruikt in mobiele telefoons en wifi-signalen, wat betekent dat er veel potentieel is om ze in de toekomst te gebruiken in nog snellere en betrouwbaardere draadloze communicatietechnologieën.

Bovendien kunnen spingolven worden gebruikt om computers te doen op manieren die sneller zijn dan elektronisch computergebruik bij specifieke taken. “Elektronisch computergebruik gebruikt” Boolean “of binaire logica om berekeningen uit te voeren”, legt professor van Dijken uit. “Met spingolven wordt de informatie overgedragen. in de amplitude van de golf, wat meer computergebruik in analoge stijl mogelijk maakt. Dit betekent dat het erg handig kan zijn voor specifieke taken zoals beeldverwerking of patroonherkenning. Het mooie van ons systeem is dat het door de groottestructuur gemakkelijk te integreren moet zijn in bestaande technologie. “

Nu het team de resonator heeft om de spingolven te filteren en te besturen, zijn de volgende stappen om er een compleet circuit voor te maken. “Om een ​​magnetisch circuit te bouwen, moeten we de spingolven naar functionele componenten kunnen leiden, zoals de manier waarop elektrische kanalen dat doen op elektronische microchips. We willen soortgelijke structuren maken om spingolven te sturen”, legt Dr. Qin uit.