Läpimurtoja spintroniikassa

25.08.2020

Exeter-Spinvirta-NiO-kalvossa-275.jpgSpineihin perustuvalla elektroniikalla eli spintroniikalla on potentiaalia olla paitsi huomattavasti nopeampi myös energiatehokkaampi.

Kansainvälinen tutkijaryhmä on tehnyt vallankumouksellisen löydön, jolla on potentiaalia tarjota nopeus ja alhainen virrankulutus joillekin maailman eniten käytetyistä elektronisista laitteista.

Tutkijat ovat äskettäin havainneet, että eräät sähköä eristävät antimagneettiset materiaalit ovat poikkeuksellisen hyviä puhtaan spin-virran johtimia.

Uudessa tutkimuksessa Exeterin tutkijat ovat yhteistyössä Oxfordin ja Kalifornian Berkeleyn yliopiston sekä Advanced- ja Diamond Light Source tutkimuslaitteiden avulla kokeellisesti osoittaneet, että korkeataajuiset vaihtuvat spinvirrat voidaan siirtää ja joskus vahvistaa ohuissa kerroksissa antiferromagneettista NiO:a.

Tulokset osoittavat, että ohuiden NiO-kerrosten spinvirta välittyy lyhytaikaisilta spinaalloilta, joka on kvanttimekaanisen tunneloinnin kaltainen mekanismi.

Ohuiden NiO-kerrosten käyttö vaihtovirtaisen spinvirran siirtämiseen ja vahvistamiseen huoneenlämpötilassa ja gigahertsitaajuuksilla voi johtaa tulevaisuuden tehokkaampaan langattomaan viestintätekniikkaan arvioivat tutkijat.

Maciej Dabrowski, Exeterin yliopistosta, sanoo: ”Kokeemme osoittaman lyhytaikainen spin-aaltomekanismin vahvistus osoittaa, että kulmamomentin siirtyminen spinien ja antiferromagneetin kidehilan välillä voidaan toteuttaa ohuissa NiO-kalvoissa ja näin avautuu ovi nanomittakaavaisten spinvirran vahvistimien rakentamiseen”

Kansainvälinen tutkijaryhmä Martin Lutherin yliopiston johdolla pystyi puolestaan tarkkailemaan, kuinka elektroninen varausherätys muuttaa elektronin spiniä metallin oksideissa erittäin nopealla ja vaivattomalla tavalla.

"Magneettiset oksidit ovat tärkeä materiaaliluokka spintroniikalle, koska ne eivät siirrä elektronivirtaa, vaan ainoastaan magneettista informaatiota", sanoo professori Rolf Widdra, joka johti tutkimusta.

Viime aikoihin saakka ei kuitenkaan ole ollut selvää, kuinka elektroni siirtyi transistorin kaistaeron yli magneettisen oksidin spinin kanssa. Ryhmä on nyt onnistunut tarkkailemaan tätä prosessia ja kehittänyt sille uuden teorian.

Huipputeknisen pulssilaserin avulla tutkijat pystyivät herättämään elektronin nostaakseen sen nikkelioksidissa olevan kaistaeron yli. He havaitsivat myös, kuinka informaatio siirtyi sitten magneettiseen järjestelmään.

Tämän ansiosta ryhmä pystyi tunnistamaan tämän aikaisemmin tuntemattoman ultranopean kytkentämekanismin, joka tapahtuu femtosekunnin aikana.

Fyysikoiden mukaan havainnot tasoittavat tietä ultranopealle spintroniikalle. Tämän pitäisi helpottaa uusien erittäin nopeiden tallennusjärjestelmien ja tietotekniikan kehittämistä tulevaisuudessa.

Aiheista aiemmin: Lupaavia spintronisia materiaaleja

Tutkimusartikkelit

Coherent transfer of spin angular momentum by evanescent spin waves within antiferromagnetic NiO

Ultrafast coupled charge and spin dynamics in strongly correlated NiO

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä

Siirry arkistoon »