Süper bilgisayarlarda atık ısı yok mu? Gerçekten mümkün mü?
Genel olarak konuşursak, manyetizma ve kayıpsız akım akışı ("süper iletkenlik") birbiriyle yarışan fenomenlerdir ve aynı örneklemde bir arada var olamazlar. Bununla birlikte, süper bilgisayarların yapımı için, iki durumun sinerjik kombinasyonu, yüksek güç tüketimi ve büyük ısı üretimi ile karakterize edilen günümüz yarı iletken teknolojisine kıyasla büyük avantajlara sahiptir. Konstanz Üniversitesi Fizik Bölümünden araştırmacılar, manyetik olarak kodlanmış bilgilerin kayıpsız elektronik aktarımının mümkün olduğunu gösterdi. Bu keşif, entegre devre yongalarının depolama yoğunluğunu artırdı ve bilgi işlem merkezinin enerji tüketimini önemli ölçüde azalttı. Bu araştırmanın sonuçları Nature Communications'ın son sayısında yayınlandı. Yarı iletken teknolojisinin minyatürleştirilmesi fiziksel sınırlarına yaklaşıyor. 70 yıldan fazla bir süredir, bilgisayarlarda bilgi işleme, ısı ve atıkları serbest bırakan elektrik sinyalleri üreterek ve ileterek gerçekleştirilmiştir. Isı kaybı, bileşenlerin sıcaklığının yükselmesine neden olur ve bu da karmaşık bir soğutma sistemi gerektirir.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme: Termal yönetim, minyatürleştirme için büyük bir zorluktur, bu nedenle dünya şu anda veri işleme ve telekomünikasyonda atık ısıyı azaltmak için çok çalışıyor. Profesör Elke Scheer liderliğindeki deneysel fizik ekibi ve Konstanz Üniversitesi'nden Profesör Wolfgang Belzig liderliğindeki teorik fizik ekibi, süper iletken yapı taşlarında enerji tüketen yük aktarımına dayalı bir yöntem kullandı. Manyetik malzemeler genellikle bilgi depolamak için kullanılır. Teorik olarak, elektrik yükü yerine elektron spini kullanılarak, manyetik olarak kodlanmış bilgiler ısı üretmeden de iletilebilir. Süper iletken kayıpsız yük taşımacılığını manyetik bilginin elektronik taşınmasıyla birleştirmek, yani spintronics, gelecekte enerji tasarrufu sağlayan bilgi teknolojisinin temel yeni işlevlerinin yolunu açmaktadır. Konstanz Üniversitesi'ndeki araştırmacılar bu yaklaşımla ilgili büyük bir sorunu çözdüler: Geleneksel süper iletkenlerde akım, zıt manyetik momentlere sahip elektron çiftleri tarafından taşınır.
Taramalı tünel mikroskobu, aşağıdan görüldüğü gibi bir helyum soğutma cihazına monte edilir (numune aşaması kaldırılarak). Mikroskop ucunun numune yüzeyinin üzerindeki konumlandırma mekanizması görülebilir (görüntü merkezi). Resim: Simon Diesch
Bu nedenle bu çiftler manyetik değildir ve manyetik bilgi taşıyamazlar. Aksine, manyetik durum, birbirine paralel olarak düzenlenmiş manyetik dikdörtgenler tarafından oluşturulur ve böylece süper iletken akımı bastırır. Elke Scheer şunları söyledi: Süperiletkenlik ve spintroniklerin birleşimi (spintronics manyetik bilgiyi aktarır ve ısı üretmez) herhangi bir temel fiziksel konseptle çelişmez, ancak malzemelerin doğasına dair saf bir varsayımdır. . Yakın zamanda yapılan araştırma sonuçları, bir süperiletken özel bir manyetik malzeme ile temas ettirilerek, paralel spinli elektronların bir mıknatıs aracılığıyla süper iletkeni taşıyan elektron çiftine bağlanarak süper iletkenin daha uzak bir mesafede çalışmasına izin verebileceğini göstermektedir. Devrim niteliğindeki yeni elektronik ekipman mümkün hale gelir. Elke Scheer'in rehberliğinde Dr. Simon Diesch, paralel dönüş yönlerine sahip bu tür elektron çiftlerinin üretim mekanizmasını açıklığa kavuşturmak için bir deney yaptı. Simon Diesch: Bu spin düzenlenmiş elektron çiftlerini yaratmanın ve tespit etmenin mümkün olduğunu kanıtladık.
Sistemin tasarımı ve ölçüm sonuçlarının yorumlanması, Dr. Peter Machon'un Wolfgang Belzig rehberliğinde teorik fizik alanında yürüttüğü doktora tezine dayanıyordu. Önemli olan, bu düzgün düzenlenmiş elektron çiftini mümkün kılan malzemeleri bulmaktır. Dolayısıyla proje sadece bir fizik projesi değil, aynı zamanda bir malzeme bilimi projesidir. Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü'nden (KIT) araştırmacılar, alüminyum ve öropyum sülfürden oluşan özel numuneler sağladı. Alüminyum, teori ve deney arasında nicel olarak karşılaştırılabilen çok derin bir süperiletken çalışmasıdır. Öropiyum sülfit, teorik konseptin gerçekleştirilmesinde önemli bir malzeme özelliği olan ferromanyetik bir yalıtkan olup, burada kullanılan sadece birkaç nanometre kalınlığındaki çok ince tabakada bile manyetik özelliklerini koruyabilir. Konstanz Üniversitesi tarafından geliştirilen bir taramalı tünelleme mikroskobu kullanılarak, alüminyum-öropyum sülfür numunelerinin yük taşınmasının alan ve enerji çözünürlüğü düşük sıcaklıklarda ölçüldü.
Ticari cihazların aksine, Scheer Laboratuarlarındaki taramalı tünelleme mikroskobu, en yüksek enerji çözünürlüğünü elde etmek için optimize edilmiştir ve farklı manyetik alanlarda çalışabilir. Örnekteki yük aktarımının gerilime bağımlılığı, elektron çiftinin enerji dağılımını gösterir ve süperiletkenlik durumunun bileşimini doğru bir şekilde belirleyebilir. Bu nedenle, Bellziger grubu daha önce alüminyum-Avrupa sülfür arayüzünü tanımlamak için bir teori önerdi. Bu teori, araştırmacıların gelecekte daha karmaşık devreleri ve örnekleri tanımlamasını sağlayacaktır. Teorik olarak tahmin edilen enerji spektrumu deneysel sonuçlarla tutarlıdır ve manyeto-elektron çiftlerinin incelenmesi için doğrudan kanıt sağlar. Ek olarak, deney ve teori arasındaki işbirliği, bu tür spektrumun açıklanmasında mevcut çelişkileri çözer. Bu sonuçları kullanarak, Konstanz Üniversitesi'ndeki fizikçiler, yarı iletken teknolojisini geliştirmede veya değiştirmede süper iletken spintroniklerin büyük potansiyelini ortaya çıkarmayı umuyorlar.
Boko Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Konstanz Üniversitesi
Referans dergi makaleleri: "Nature Communications"
DOI: 10.1038 / s41467-018-07597-w
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
