211service.com
Spintronics gaiša nākotne
Vēlme izveidot mazāku, ātrāku un lētāku elektroniku ir pamudinājusi vairākus pētniekus mēģināt izmantot elektrona spinu tranzistoros. Šie spintroniskie tranzistori varētu būt ļoti energoefektīvi un veikt vairāk aprēķinu nekā tradicionālie tranzistori mazākā telpā. Turklāt optoelektronikas lietojumos lāzeri un gaismas diodes, kas izmanto elektronu griešanās priekšrocības, varētu palielināt gaismas datu pārnešanas spēju.
Bet viens no galvenajiem šķēršļiem šajā jaunajā laukā ir tas, ka spintroniskās ierīces izgatavošanai nepieciešamie magnētiskie un pusvadītāju materiāli ir bēdīgi nesaderīgi.
Tagad pētnieki Ohaio universitātē un Ohaio štata universitātē ir izstrādājuši magnētisko pusvadītāju sistēmu, kas, pamatojoties uz sākotnējiem testiem, šķiet, ka tas varētu būt progress. Artūrs Smits , Ohaio universitātes fizikas profesors, un viņa kolēģi ir veiksmīgi audzējuši mangāna galliju, magnētisku metālu, uz gallija nitrīda, kas ir izplatīts pusvadītājs, ko izmanto zilo lāzeru un gaismas diožu izgatavošanai un radiofrekvenču signālu pastiprināšanai.
Pētnieki saka, ka atstatums starp atomiem materiāla slāņos ir gandrīz ideāls, radot vienmērīgu saskarni starp slāņiem un tādējādi palielinot iespējas ražot funkcionējošu spintronikas ierīci. Bez tīras saskarnes, saka Smits, kad elektroni pārvietojas pāri barjerai starp metālu un pusvadītāju, tie var zaudēt savu sākotnējo griešanos, sabojājot ierīci. Turklāt viņu jaunā sistēma saglabā savas magnētiskās īpašības istabas temperatūrā, saka Smits. Daudzi potenciālie spintroniskie materiāli labi darbojas tikai ļoti aukstā temperatūrā, lai gan jaunākie sasniegumi ir radījuši dažus istabas temperatūras materiālus (skatiet Jaunu skaitļošanas apgriezienu).
Lai gan ir nepieciešama turpmāka pārbaude, lai apstiprinātu, ka elektroni saglabās savas griešanās īpašības, ceļojot no metāla uz pusvadītāju, Smits saka, ka šie agrīnie testi ir iepriecinoši. Mēs domājam, ka pastāv liela iespēja, ka tas darbosies diezgan labi, viņš saka.
Elektroniskās sistēmas, kas izmanto elektronu griešanos — kvantu mehānisko īpašību, kas ir divu veidu: augšup vai lejup, darbotos līdzīgi kā mūsdienu tranzistori, taču tām ir vairākas priekšrocības. Pašlaik tikai elektriskā strāva ir atbildīga par loģiskām funkcijām ķēdēs. Caur tranzistoru plūstošā strāva ir 1; strāvas trūkums ir 0. Ja elektrona spinu varētu kontrolēt, elektrons uz augšu varētu attēlot 1, bet griezties uz leju - 0.
Atšķirībā no elektriskās strāvas, griešanos var uzturēt pat tad, ja strāva ir izslēgta, un spintroniskā ķēde patērēs mazāk enerģijas, jo strāva nebūtu pastāvīgi jāpieliek. Tāpēc uzņēmumi, piemēram, Freescale Semiconductor, pēta uz spin balstītu cietvielu atmiņu (sk. Labāka atmiņas mikroshēma).
Otra priekšrocība ir tā, ka, izmantojot griešanos, var vēl vairāk palielināt elektronu informācijas uzglabāšanas un pārraides spēju, efektīvi liekot mikroprocesoriem darboties ātrāk.
Smits saka, ka elektroniskās lietojumprogrammas viņa sistēmai varētu būt tālā nākotnē; tā vietā tas varētu būt vislabāk piemērots optoelektroniskām lietojumprogrammām, piemēram, lāzeriem un gaismas diodēm.
Konkrēti, viņš skaidro, ka pusvadītāju lāzera elektronu spins var ietekmēt fotonus, kas izstaro no šīm ierīcēm: elektrons ar noteiktu spinu var radīt fotonu ar atbilstošu spinu, kā rezultātā rodas polarizēta gaisma. Polarizāciju — gaismas viļņu vispārējo orientāciju — varētu izmantot, lai telekomunikācijās izmantotajai gaismai pievienotu vēl vienu datu slāni. Pašlaik informācija tiek kodēta, regulējot gaismas frekvenci un fāzi; Tāpēc polarizācijas kodēšana varētu palielināt optisko līniju jaudu.
Ohaio pētnieku jaunajiem materiāliem ir labas īpašības, un tāpēc sistēma varētu būt optiska pielietojuma kandidāte Kannans Krišnans , materiālu zinātnes profesors Vašingtonas Universitātē Sietlā. Lai gan grupa nav izveidojusi faktiskas ierīces, viņš saka, ka tas ir ļoti daudzsološi.
Kriss Palmstroms, Ķīmiskās inženierijas un materiālu zinātnes profesors Minesotas Universitātē, saka, ka darbs ir pirmais, kas audzē magnētisko materiālu uz gallija nitrīda. Tomēr viņš saka, ka pētniekiem ir jāpierāda, ka viņi var kaut ko darīt ar to.
Pētnieku nākamais solis ir pierādīt, ka sistēma darbosies faktiskā ierīcē. Smits saka, ka viņi, visticamāk, pārbaudīs tā gaismu izstarojošās īpašības, lai noteiktu, cik labi elektronu spins magnētiskajā materiālā pārvēršas polarizētā gaismā.