Skyrmioneja ohjaavia transistoreita

Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) on kehittänyt maailman ensimmäisen transistorin, joka pystyy ohjaamaan skyrmioneja. Tämä läpimurto tasoittaa tietä seuraavan sukupolven erittäin vähän virtaa kuluttavien laitteiden kehittämiselle ja sen odotetaan edistävän merkittävästi kvantti- ja tekoälytutkimusta.

Pyörremäisesti pyörivään rakenteeseen järjestyneet skyrmionit ovat ainutlaatuisia, koska ne voidaan kutistaa muutamiin nanometreihin, jolloin niitä voidaan liikuttaa poikkeuksellisen pienellä teholla. Tämä ominaisuus asettaa ne keskeiseksi elementiksi spintroniikkasovellusten kehityksessä.

Skymionin löytö vuonna 2009 sai aikaan laajan tutkimuksen skyrmion-pohjaisesta transistorista, mutta olennaisen teknologian puuttuminen skyrmionin liikkeen ohjaamiseksi esti nämä pyrkimykset.

Tämä pullonkaula on nyt voitettu KRISSin äskettäin kehitetyllä skyrmion-transistorilla, joka hyödyntää patentoitua teknologiaa hallitakseen elektronisesti magneettisissa materiaaleissa luotujen skyrmionien liikettä. Tämä innovatiivinen ratkaisu mahdollistaa skyrmionien kulun tai pysähtymisen tarkalla ohjauksella samalla tavalla kuin perinteiset transistorit moduloivat sähkövirtaa.

Magneettisen skyrmion-liikkeen hallinnan kriittinen näkökohta on magneettisen anisotropian hallinta, joka vaikuttaa skyrmionien energiaan. Aikaisempi tutkimus pyrki säätelemään magneettista anisotropiaa hapen liikkeen avulla laitteissa mutta ei onnistunut saavuttamaan yhtenäistä ohjausta.

Tämän haasteen voittamiseksi KRISS Quantum Spin Team kehitti uraauurtavan menetelmän magneettisen anisotropian tasaiseen hallintaan hyödyntämällä vetyä alumiinioksidieristeissä, mikä merkitsee maailman ensimmäistä skyrmion-transistorien kokeellista toteutusta.

Spintroniikkatransistorin tarkoitus on nopeuttaa spintroniikkaan perustuvien laitteiden, kuten neuromorfisten ja logiikkalaitteiden, kehitystä, jotka tarjoavat huomattavia etuja virrankulutuksen, vakauden ja nopeuden suhteen perinteisiin elektronisiin laitteisiin verrattuna.

Tohtori Chan Yong Hwang, KRISS Quantum Technology Instituten johtaja, sanoo: "Suuret korealaiset yritykset keskittyvät seuraavan sukupolven puolijohteisiin, jotka käyttävät spintroniikkaa ylittääkseen nykyisten piipuolijohteiden rajoitukset. Aiomme edistää spintroniikkaan liittyvää teknologiaa edelleen ja sisällyttää ne seuraavan sukupolven puolijohdelaitteisiin ja kvanttiteknologiaan."

Tohtori Seungmo Yang, KRISSin vanhempi tutkija, pohtii saavutuksen merkitystä: "Transistori sytytti 1900-luvun digitaalisen vallankumouksen. Nyt skyrmion-transistori on valmis katalysoimaan samanlaista muutosta, joka edistää spintroniikkateknologiaa 2000-luvun vallankumoukselle."

Aiheesta aiemmin:

Skyrmionit lukevat käsialaa

Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla