Спинтроника: будущее электронных устройств

1 Сентября 2013 в 14:30, Илья Хель 4 655 просмотров 6

Спин

Чтобы удовлетворить желание мира в росте вычислительной мощи при постоянно уменьшающейся стоимости энергии, ученые решили заглянуть в область спинтроники (электроника спина) и разработать новое поколение высокоскоростных и эргономичных электронных устройств.

Новое исследование команды физиков Ноттингемского университета было опубликовано 20 августа 2013 года в журнале Nature Communications и сообщает о разработке нового антиферромагнитнго спинтронического материала из меди-марганца-мышьяка (CuMnAs), который мог бы существенно помочь в продвижении этой области.

Доктор Питер Уодли, научный сотрудник Физико-астрономической школы сообщил:

«Мы работаем в относительно неизведанной области прикладной физики, и наше исследование дает свежий взгляд на физические основы новой области антиферромагнитной спинтроники. Этот материал дает нам возможность создать новые структуры для устройств в области микроэлектроники путем объединения функциональности спинтроники и наноэлектроники при комнатной температуре».

Там, где обычная электроника полагается только на показатель заряда электрона, спинтроника использует другую фундаментальную особенность электрона, которая называется спин. Подробнее о спине мы писали здесь.

В антиферромагнетиках спины электронов в соседних атомах, как правило, компенсируют друг друга. Поэтому они могут выполнять активную роль в спинтронных устройствах. Последние расчеты и эксперименты выявили ряд новых физических явлений, связанных с антиферромагнетиками, в том числе потенциал к памяти и чувствительности. Этот новый материал с высоким качеством кристалла и совместимостью с существующими ныне полупроводниками является перспективным кандидатом для формирования новой сферы антиферромагнитной спинтроники.

Функциональность логики и возможность хранения

Большинство современных электронных устройств на базе обычной технологии полупроводников опираются на присутствие или отсутствие электронов, несущих заряд. С другой стороны, многие формы памяти — тот же жесткий диск — используют магнетизм для хранения данных.

Доктор Уодли отмечает:

«В течение долгого времени физики и промышленность в целом хотели объединить два этих свойства — функциональную логику полупроводников и возможность накопления у магнитов — в один материал. И это часть задач спинтроники. В спинтронике вы можете полагаться не только на присутствие или отсутствие заряда, но также и на фундаментальное квантовое свойство электрона под названием «спин».

Традиционно команда Физико-астрономической школы в Ноттингеме достигала этого путем «допинга» обычных полупроводников магнитными элементами с целью получения разбавленных ферромагнитных полупроводников. В этой области родилось много интересных физических и функциональных открытий, но она постоянно страдала от массы недостатков. Сложность заключается в передаче технологий коммерческому сектору — рабочие температуры слишком низкие и устройства перестают работать при комнатной температуре.

От ферромагнетиков к антиферромагнетикам

Ноттингемская команда в сотрудничестве с пражским Институтом физики ASCR решила иначе подойти к проблеме. Ученые заинтересовались материалами, которые являются не ферромагнетиками, а антиферромагнетиками, другой формой магнитного порядка. Антиферромагнетики уже используются в современной электронике, но играют пассивную роль. Недавние устройства показали, что они могут быть использованы в качестве активного компонента в электронных устройствах.

Доктор Уодли сообщает следующее:

«Взгляд на антиферромагнетики, как на активный компонент спинтронных устройств, открывает новый массив систем материалов, которые следует исследовать, многие из которых обладают высокими критическими температурами. С CuMnAs мы добрались до очень хорошей системы для изучения новой сферы антиферромагнитной спинтроники».

Новое соединение выращивается из атомов слой за слоем

Новое соединение, которое создается слой за слоем из атомов, показывает ряд благоприятных свойств, в том числе высокую температуру работы и совместимость с обычными полупроводниковыми материалами, которые используются на гребне электроники. Для установки магнитных свойств нового материала на атомном уровне были проведены передовые эксперименты с дифракцией нейтронов с использованием инструмента WISH на нейтронной фабрике ISIS под руководством доктора Дмитрия Халявина и профессора Шона Лэнгриджа.

Вот что отмечает последний:

«Выполнение нейтронной дифракции на слое, который в тысячу раз тоньше человеческого волоса, достаточно сложная задача, но инструмент WISH в ISIS хорошо оснащен для решения такого вопроса. С WISH мы смогли предоставить уникальную информацию абсолютно атомарного масштаба антиферромагнитной структуры, которая имеет важное значение для понимания этого прекрасного материала».

За спином будущее

Спинтроника дает возможность снизить уровень энергопотребления, а значит — увеличить плотность вычисления и хранения. И поскольку антиферромагнетики не обладают общим магнитным полем, антиферромагнетическая спинтроника означает то, что отдельные устройства не будут взаимодействовать друг с другом и в теории могут быть упакованы совместно с высокой плотностью.

Что ж, если хотите увидеть мир со спинтроникой, отправляйтесь в будущее.

Спинтроника: будущее электронных устройств

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

6 комментариев

  1. oleg.oleg

    Я 1

    • ...

      Человек который пишет подобные комментарии скорей всего не 1 а просто 0

  2. Archer

    Чёто не понятна ни область применения, ни перспективы этого открытия. Или опять странный перевод, или все так засекречено, что просто застолбили направление.
    Парни, если уж работаете в области популяризации научных новостей, то пишите так, чтоб простому инженеру было понятно о чем идет речь.
    Тема 'сисек' не раскрыта!

    • ...

      Вы наверное были немного не внимательны, перечитайте статью опять. А если вкратце то суть в том благодаря новому композиту в перспективе могут быть созданы принципиально новые процессоры с очень высокой плотностью транзисторов, и в которых за показатель 0 или 1 будет отвечать спин электрона а не его заряд.

  3. gitleroid

    и снова закон Мура в действие..........

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.