Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta

EPFL:n johtama tutkimusyhteistyö on paljastanut eksoottisen materiaalin yllättävän magneettisen ominaisuuden, joka saattaa johtaa tietokoneisiin, jotka tarvitsevat alle miljoonasosan nykyisestä bitin vaihtamiseen tarvittavasta energiasta.

Materiaalitieteilijöitä kiinnostavat multiferroiset materiaalit, jotka voidaan sekä magnetoida että polarisoida samanaikaisesti, mikä tarkoittaa, että ne ovat herkkiä sekä magneetti- että sähkökentille.

Näiden molempien ominaisuuksien käyttö yhdessä materiaalissa on tehnyt multiferroiikasta erittäin mielenkiintoista tutkimuksen parissa mutta myös kaupallisiin tarkoituksiin mahdollisilla sovelluksilla kehittyneestä elektroniikasta seuraavan sukupolven datantallennukseen.

Nyt kansainvälinen tutkimusyhteistyö on paljastanut monia kiehtovia ominaisuuksia mangaaniseostetulle germaniumtelluridille (Mn-GeTe). Työ lupaa energiatehokkaan laskennan tulevaisuutta, mutta tarjoaa myös syvemmän ymmärryksen moniferroisten materiaalien kollektiivisista käyttäytymismalleista.

Uusi tutkimus on havainnut Mn-GeTe:llä olevan ferrimagneettisia ominaisuuksia. Toisin kuin "normaalit" magneetit, ferrimagneetti on enemmän kuin kaksi magneettia, joilla on hieman eri vahvuudet päällekkäin. Havainto tarkoittaa, että käytettävissä tulee olemaan enemmän joustavuutta ohjata magnetoinnin suuntaa, joka on olennainen ominaisuus useille teknologioille.

Havainnon avulla tutkijat pystyivät kehittämään menetelmän magnetoinnin suunnan vaihtamisen tehostamiseksi hämmästyttävällä kuudella suuruusluokalla. Sen sijaan, että he tekisivät tämän perinteisellä tavalla kohdistamalla suuri virtapulssi Mn-seostettuun GeTeen, he käyttivät sen sijaan pientä, jatkuvasti vaihtelevaa sähkövirtaa, jota seurasi pieni virran tönäys juuri oikealla hetkellä. Tutkijat antoivat tälle ilmiölle nimen "stokastinen resonanssi".

Tämä pieni "tökkäys" aiheutti muutoksen, joka levisi nopeasti Mn-seostettuun GeTeen. Tämä tapahtui, koska materiaali käyttäytyy hieman kiinteänä aineena ja hieman nestemäisenä – lähinnä lasina: yhden osan muutos aiheuttaa ketjureaktion, joka muuttaa muita osia.

Teknisemmin esitettynä magneettikytkin eteni nopeasti Mn-seostetun GeTe:n poikki kollektiivisten viritysten kautta, jotka ovat koordinoituja kollektiivisia liikkeitä suuresta määrästä elektronien spinejä materiaalin sisällä. "Tämä on mahdollista, koska järjestelmä muodostaa korreloidun spinlasin, jossa paikalliset magneettiset momentit ovat lasimaisessa tilassa", Hugo Dil sanoo. "Jos yksi spin pakotetaan muuttamaan suuntaustaan, tämä informaatio kulkee aallon tavoin näytteen läpi ja saa myös muut magneettiset momentit vaihtumaan."

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteista ferrimagnetismia grafeeniin

Valolla kirjoitettavia magneettisia muisteja

Vähemmän energiaa käyttäviä muisteja