Zawory spinowe i memrystory pozwolą zbudować spintroniczny komputer?

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Naukowcy z amerykańskiego NIST (Narodowy Instytut Standardów i Technologii) opracowali urządzenie, które może stać się podstawowym elementem budowy wysoko wydajnych energooszczędnych komputerów przyszłości.

Współczesna elektronika działa dzięki przechowywaniu i manipulowaniu ładunkami elektrycznymi. Jednak działanie takie wymaga sporo energii, co z kolei wiąże się też z koniecznością odprowadzania dużych ilości ciepła odpadowego. To właśnie ilość potrzebnej energii oraz powstającego ciepła są poważnymi przeszkodami na drodze ku budowie coraz bardziej wydajnych podzespołów elektronicznych.

Jedną z obiecujących alternatyw dla elektroniki jest spintronika, która używa spinu do przechowywania informacji. Dwie różne pozycje spinu, nazywane zwykle „górą” i „dołem”. Jako, że zmiana spinu wymaga minimalnej ilości energii i odbywa się bardzo szybko, spintronika może zastąpić elektronikę.

Nasz wynalazek to jeden z podstawowych komponentów systemów spintronicznych. To fundamentalny element, który może zostać wykorzystany w różny sposób. Może być użyty jako przełącznik spinu, jako łącznik pomiędzy różnymi komponentami spintronicznymi czy jako interfejs pomiędzy urządzeniami magnetycznymi i elektronicznymi, dzięki któremu będzie można budować wielofunkcyjne urządzenia – mówi Curt Richter z Engineering Physics Division.

To właśnie spin czyni magnesy magnesami. Każdy elektron zachowuje się bowiem dzięki niemu jak magnes dwubiegunowy. Materiały, w których spin większości elektronów jest zwrócony w tym samym kierunku generują pole magnetyczne o tej samej orientacji. Elektrony o spinie zgodnym ze spinem materiału mogą przez niego przejść, te o spinie odwrotnym są blokowane. Właściwość ta została wykorzystana do stworzenia miniaturowych „zaworów spinowych”. To zwykle kanał z warstwami magnetycznymi na obu końcach. Polaryzacja obu warstw względem siebie decyduje o zamknięciu lub otwarciu kanału. Takie urządzenie zużywa jednak więcej energii, niż naukowcy by sobie życzyli.

Początkowo uczeni z NIST-u nie mieli zamiaru pracować nad nowym urządzeniem spintronicznym. Badali oni zachowanie różnych memrystorów i mierzyli przepływające przez nie ładunki. Gdy zaczynaliśmy istniały zawory spinowe i memrystory, ale nikt nie pomyślał, by je połączyć. Jako, że w NIST zajmujemy się pomiarami, również nie mieliśmy zamiaru opracowywać nowego urządzenia. Połączyliśmy memrystory i zawory spinowe tylko po to, by lepiej zrozumieć, jak działają memrystory. Chcieliśmy zbadać, jak dochodzi w nich do przepuszczania i blokowania ładunku. Sądziliśmy, że gdy do naszych analiz dodamy spin, lepiej zrozumiemy memrystory. Gdy już połączyliśmy oba urządzenia zauważyliśmy, że powstało coś interesującego z technologicznego punktu widzenia – opowiada Richter.

Tym, co czyni to urządzenie wyjątkowym jest możliwość otwierania i zamykania kanału spinowego za pomocą ładunków elektrycznych. Używając minimalnego napięcia możemy włączać i wyłączać przepływ prądu spinowego w czasie czasie krótszym niż nanosekunda, bez konieczności zmiany polaryzacji elektrody ferromagnetycznej zaworu spinowego. Ta duża prędkość i niski pobór energii to zasadnicze elementy przyszłej elektroniki spinowej, która zastąpi obecnie używaną elektronikę bazującą na układach CMOS, stwierdził współtwórca nowego urządzenia Hyuk-Jae Jang.

« powrót do artykułu