Magnonit töihin

National University of Singaporen (NUS) tutkijoiden tekemä, uraauurtava tutkimus on löytänyt tehokkaan tavan käyttää spinaaltoja kääntämään magnetointia huoneenlämpötilassa energiatehokkaampien spineihin perustuvien muistien ja logiikkapiirien aikaansaamiseksi.

Perinteiset elektroniset piirit kärsivät huomattavasta hukkalämmöstä, joka johtuu laitteiden sisällä liikkuvien varausten liikkeistä ja poukkoilusta.

Perinteisen elektronien injektiomenetelmien sijaan Prof Yang Hunsoon ryhmä käytti luovasti spinaaltoja magnetoitumista kääntääkseen. Spinaallot ovat eteneviä muutoksia magneettisten materiaalien olemuksessa ja kvasipartikkeleiden näkökulmasta spinaallot tunnetaan magnoneina.

Ryhmä rakensi kaksikerroksisen järjestelmän, joka koostui antiferromagneettisesta magnonin kuljetuskanavasta ja topologisen eristeen spinien lähteestä. Ensimmäisinä maailmassa he osoittivat spinaaltoihin perustuvan magnetointikytkennän viereisessä ferromagneettisessa kerroksessa korkealla hyötysuhteella ja huonelämpötilassa.

Uusi spinaaltoihin perustuva kytkentäjärjestelmä voi välttää varausten liikkumisen ja lämpöhäviöiden tuoton. Spinaaltoihin perustuvan vaihdon eteneminen voisi avata uuden tavan energiatehokkaille siruille.

”Spinaallot (magnonit) voivat toimittaa spininformaatiota jopa eristeissä ilman, että niihin liittyy liikkuvia varauksia. Tämä ominaisuus mahdollistaa pidemmän spinien etenemisen, mutta pienemmällä häviöllä verrattuna elektronin spineihin”, selitti tämän työn ensimmäinen kirjoittaja tohtori Wang Yi.

Myös MIT:n tutkijat ovat kehittäneet uuden rakenteen, joka mahdollistaa laskennan tarkan hallinnan magneettisilla aalloilla.

Tähän saakka spinaaltojen modulointi on vaatinut sähkövirtoja ja kookkaita komponentteja, jotka voivat aiheuttaa signaalikohinaa ja mitätöidä kaikki luontaiset suorituskyvyn lisäykset.

MIT:n tutkijoiden kehittämä piiriarkkitehtuuri käyttää nanometrin levyistä alueseinämää spin-aallon vaiheen ja amplitudin moduloimiseen kerrostetuissa magneettimateriaalien nanokalvoissa ilman ylimääräisiä komponentteja tai sähkövirtaa. Kun aalto kulkee seinän läpi, sen magnonit spinnaavat vastakkaiseen suuntaan.

Kääntäen spinaalto puolestaan voidaan virittää ohjaamaan seinän sijaintia tarpeen mukaan. Tämä antaa tarkan hallinnan kahdesta muuttuvasta spinaallon tilasta, jotka vastaavat klassisessa laskennassa käytettyjä 1 ja 0.

Tämä spin-aaltojen ja magneettisen alueseinien välinen keskinäinen vuorovaikutus avaa mahdollisuuden realisoida täysin magnoniset spintroniset laitteet, joissa yhtä spinaallon signaalia voidaan käyttää muiden hallitsemiseen konfiguroimalla magneettisen alueen rakenteet uudelleen.

Aiheesta aiemmin:

Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja

Miten olisi magnonielektroniikka?

Kaksiulotteinen piiri magneettisilla kvasipartikkeleilla