Perusteita spintroniikalle

NIST tutkimuslaitokselle on myönnetty patentti teknologialle, joka voi nopeuttaa spintroniikan käyttöönottoa. Spintroniikka hyödyntää elektronin kvanttispiniä informaation kantajana varauksen lisäksi.

Koska elektronin spinin muuttaminen vaatii hyvin vähän energiaa ja voi tapahtua nopeasti, spintroniikka tarjoaa mahdollisuuden merkittävään energiankulutuksen vähentämiseen.

Jo aiemmin on kehitetty spinventtiileitä, joiden kahden magneettisen kerroksen muodostaman kanavan toimintaa ohjataan magneettien napaisuuksia vaihtamalla. Toimi vaatii kuitenkin jonkin verran energiaa.

Alkuun tutkivat halusivat vain selvittää memristorien toimintaa syvällisemmin ottamalla spiniventtiilin mukaan rakenteeseen. Syntyneessä yhdistelmärakenteessa saattoi heidän yllätyksekseen avata tai sulkea spinkanavaa sähköisesti erittäin pienellä jännitteellä alle nanosekunnissa kääntämättä spinventtiilin ferromagneettisen elektrodin napaisuutta.

Tutkijoiden mukaan nopea toiminta ja alhainen virrankulutus on välttämätöntä rakentaa tulevaisuuden spintroniikkaan perustuvaa logiikkateknologiaa, joka korvaa nykyisen CMOS-pohjainen elektroniikan.

Kvanttitason nestekide

Caltechin fyysikot ovat löytäneet ensimmäisen kolmiulotteisen kvantti nestekiteen - uusi olomuoto, jolla voi olla sovelluksia spintroniikassa ja kvanttitietokoneissa.

Ensimmäinen kvanttinestekide löytyi vuonna 1999. Tässä kaksiulotteisessa rakenteessa elektronit virtaavat kollektiivisesti ensisijaisesti pitkin x-akselia y-akselin sijaan, vaikka ei ole mitään mikä erottaa ne toisistaan.

Nyt löydetty 3D-kvantti nestekide on vieläkin oudompi. Niissä elektronit paitsi tekevät eron x-, y- ja z-akseleiden suhteen mutta niillä on myös erilaiset magneettiset ominaisuudet sen mukaan, kumpaan suuntaan elektronit virtaavat tietyllä akselilla.

Sähkövirran avulla materiaalin voi muuttaa ei-magneettisista magneettisiksi tai muutella sen magneettista voimaa ja suuntaa.

Tutkijoiden mukaan 3D-kvantti nestekiteillä voisikin olla rooli spintroniikan alalla mutta se voi myös auttaa voittamaan joitakin haasteita rakentaa kvanttitietokone.

Erityinen topologinen kvanttilaskenta voisi ratkaista haasteita erikoisen suprajohteen avulla, josta puhutaan topologisena suprajohteena.

"Samalla tavalla, kuin 2D-kvantti nestekiteiden on ehdotettu olevan edeltäjä korkean lämpötilan suprajohteille, 3D kvanttinestekiteet voivat olla esiasteita topologisille suprajohteille, joita olemme etsineet", toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.