Saniyenin trilyonda biri! Ultra hızlı spintronikler, çekici beklentiler!
1960'lardan beri, elektronik teknolojisi, mikroişlemci teknolojisinin sürekli iyileştirilmesi yoluyla sürekli olarak gelişmiştir. Ancak fizik kanunlarının sınırlamaları nedeniyle bu iyileştirme sürecinin yakın gelecekte durgunlaşması bekleniyor. Bu darboğazlardan bazıları şimdiden devreye girmeye başladı. Örneğin, işlemcinin saat hızı son 20 yılda birkaç gigahertz'i veya saniyede birkaç hesaplamayı aşmadı.Bu, dünyanın yarı iletken elektronik ürünlere daha iyi alternatifler aramasına neden olan silikonun direncinin neden olduğu sınırlamadan kaynaklanıyor. . Spintronics ana adaylardan biridir ve elektronların dönüşü yoluyla bilgi taşıma fikrine dayanır. Bilgiyi aktarmak için spin akımının kullanılması heyecan verici bir olasılıktır çünkü sıradan akımdan daha az enerji tüketir, ancak üstesinden gelinmesi gereken birçok pratik zorluk vardır.
-Bilimin Popülerleştirilmesi: En ciddi sorunlardan biri spin enjeksiyon problemidir, yani spin akımı bir materyalden diğerine (örneğin manyetik bir metalden yarı iletkene) aktarılır ve bu da kendini bozma eğilimindedir. Taşıdığı bilgileri döndürün ve yok edin. Şu anda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Nanyang Teknoloji Üniversitesi, Singapur Ulusal Üniversitesi, Singapur Bilim ve Teknoloji Araştırma Ajansı (a * STAR) ve Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndan bir grup bilim adamı, spintroniklerin hızı ve verimliliğinde atılımlar gerçekleştirdi. 1 pikosaniyeden daha kısa (saniyenin trilyonda biri) ultra kısa dönüş akım darbesinin, metalden yarı iletkenlere inanılmaz bir verimlilikle enjekte edilebileceğini kanıtladılar ve önceki 10.000 spin enjeksiyon rekorunu kırdılar. defalarca.
Spin enjeksiyon deneyinin illüstrasyonu, resim: J.C.W Song ve Y. D. Chong
Bu bulgular yakın zamanda büyük bilimsel dergiler olan "Nature Physics" ve "Advanced Materials" da yayınlandı. Bu deneylerde, lazer darbeleri, ultra kısa dönüş akımı darbeleri üretmek için manyetik metal kobalt üzerinde ışınlandı. Bu, spin polarizasyonu olan bir grup uyarılmış elektron yaratır; bu, spinlerin çoğunun aynı yönü gösterdiği ve spin tarafından taşınan elektronların dışarıya doğru hareket ettiği ve diğer bitişik malzemelere yayıldığı anlamına gelir. Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nde yardımcı doçent ve araştırma ekibinin bir üyesi olan Marco Battiato şunları söyledi: Bu ultra kısa dönüş akımı darbelerinin verimli spin enjeksiyonu ve spin akımı darbelerinin yönü için kullanılabileceğini kanıtlamayı umuyoruz. Dış difüzyon birkaç yüz femtosaniye (bir femtosaniye, pikosaniyenin binde biridir) meydana gelir. Bu, geleneksel elektronik cihazlardan 1000 kat daha hızlıdır ve bu da onu gelecekteki yüksek hızlı spintronik cihazlar için çok faydalı kılar.
- Soldan sağa dört ekip üyesinin fotoğrafları: Profesör Justin C. Song, Profesör L. Cheng, Profesör Albert Chia ve Profesör Marco Battito. Resim: Mohamed Fadly
Spin difüzyonunun aşırı hızı heyecan verici olsa da, mevcut elektronik teknolojiyi kullanarak bu fenomen üzerinde deneysel araştırma yapmayı da zorlaştırmaktadır. NTU'da projenin deneysel bölümünden sorumlu doçent Elbert Chia, şunları söyledi: Cihazın yarı iletken kısmına akan spin akımını ölçmek için ihtiyatlı bir strateji geliştirmeliyiz.Bu amaca ulaşmak için ağır elementler içeren bir yarı iletken kullanılır. Spin akımını ultra kısa dalga akımına dönüştürebilir. Tüm örnek daha sonra bir terahertz frekansında (mikrodalga ve kızılötesi ışık arasında) radyasyon yayan bir elektromanyetik anten haline gelir. Radyasyon ölçülebilir ve orijinal dönüş akımı ters olarak hesaplanabilir.Araştırma ekibi spintronik cihazdaki malzemeleri dikkatlice seçerek yarı iletkene spin-polarize bir akımın enjekte edildiği sonucuna varabilmiştir. Şaşırtıcı bir şekilde, bu spin akımının yoğunluğu, önceki rekordan 10.000 kat daha fazla.
- Dört ekip üyesinin soldan sağa fotoğrafları: Profesör Marco Battiato, Profesör Justin c.w. Song, Dr. L. Cheng ve Profesör Elbert Chia. Resim: Mohamed Fadly
Gerçek bir cihazda, böylesine güçlü bir spin akımına ihtiyaç duyulmaz, bu nedenle insanlar oldukça zayıf uyarılmadan kaçınabilirler. Ulusal Araştırma Vakfı'nda (NRFF) teorik bir fizikçi ve araştırmacı ve Nanyang Üniversitesi'nde yardımcı doçent olan Justin Song şunları söyledi: Belki de en çarpıcı şey, tüm bunların diğer spintronikler olmadan basit bir metal-yarı iletken arayüzle gösterilmesidir. Deneyde görülen karmaşık ve pahalı yapı mühendisliğinin örnekleri, Singapur Ulusal Üniversitesi'nden Doçent Yang Xianxiu'nun araştırma grubu tarafından üretildi. Nanyang Üniversitesi Yardımcı Doçenti Battiato şunları söyledi: Bu sonuçlar, spin akım hiper difüzyonuna dayalı ultra hızlı spintroniklerin geliştirilmesinde temel bir adımı temsil ediyor.Gelecekte, ekip bu verimli spin enjeksiyon işleminin yüksek hızlı spintronik bir bilgisayar haline geleceğini öngörüyor. Arkasındaki anahtar teknolojilerden biri.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Fizik ve Matematik Bilimleri Fakültesi, Nanyang Teknoloji Üniversitesi
Referans dergi literatürü: Nature Physics, Advanced Materials
DOI: 10.1038 / s41567-018-0406-3
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
