Hallita spinejä epävakaissa pisteissä

Tohokun yliopiston tutkimusryhmä on löytänyt uuden tavan hallita materiaalien pieniä magneettisia ominaisuuksia sähkövirran avulla, mikä voisi mahdollisesti tasoittaa tietä uudentyyppisille laskentateknologioille.

Spintroniikkaa käytetään jo magneettisessa RAM-muistissa (MRAM), jossa data tallennetaan sen mukaan, osoittavatko spinit "ylös" vai "alas". Nämä kaksi vakaata tilaa erottaa energiaeste, joka auttaa pitämään datan turvassa. Tämä vakaus kuitenkin vaikeuttaa myös tilojen välistä vaihtamista, mikä vaatii voimakkaita sähkövirtoja.

Tämän rajoituksen voittamiseksi tutkijat valitsivat erilaisen lähestymistavan. Sen sijaan, että spinit olisivat voimakkaasti suosineet yhtä suuntaa, he loivat materiaalin, jossa spinit voivat osoittaa yhtäläisesti mihin tahansa suuntaan.

Tämä saavutettiin suunnittelemalla huolellisesti ohut volframista, koboltista, raudasta, boorista ja magnesiumoksidista valmistettu kalvo ja säätämällä sen lämpökäsittelyä kilpailevien vaikutusten tasapainottamiseksi.

Kun tähän materiaaliin kohdistettiin sähkövirta, tutkimusryhmä havaitsi yllättävän vaikutuksen. Spinit asettuivat normaalisti epävakaaseen tilaan – samankaltaiseen kuin pallon tasapainottaminen mäen huipulla sen sijaan, että se vierisi alas. Samaan aikaan spinit osoittivat suuria vaihteluita, mikä tarkoittaa, että ne liikkuivat vapaammin kuin perinteisissä materiaaleissa.

"Nämä tulokset osoittavat, että sähkövirta voi aktiivisesti vakauttaa spinejä energeettisesti epäsuotuisissa tiloissa, minkä aiemmin ajateltiin olevan vaikea saavuttaa", sanoi Takeshi Seki Tohokun yliopiston materiaalitutkimuslaitoksesta. "Valjastamalla nämä suuret vaihtelut voimme mahdollisesti kehittää uudenlaisia laskentamenetelmiä, jotka menevät yksinkertaisia ykkösiä ja nollia pidemmälle."

Tämä toiminta avaa oven erilaiselle laskentatyylille. Pelkkien binääriarvojen (0 ja 1) käyttämisen sijaan vaihtelevat spinit voivat toimia jatkuvien arvojen tavoin, mikä tarjoaa enemmän joustavuutta. Tutkijat testasivat tätä ideaa käyttämällä koneoppimismallia, joka tunnetaan nimellä rajoitettu Boltzmannin kone, ja havaitsivat, että se toimi paremmin käytettäessä näitä jatkuvia signaaleja.

Koska tässä tutkimuksessa käytetyt materiaalit ovat jo yleisiä olemassa olevassa MRAM-teknologiassa, löydöksiä voitaisiin soveltaa suhteellisen nopeasti. Tiimi toivoo, että tämän lähestymistavan integrointi tulevaisuuden laitteisiin auttaa luomaan tehokkaampia ja tehokkaampia laskentajärjestelmiä esimerkiksi tekoälyn ja esineiden internetin kaltaisille sovelluksille.

Tutkimuksessaan: Dynamical stability by spin transfer in nearly isotropic magnets, tutkijat toteavat Tuloksemme luovat isotrooppiset magneetit alustaksi tutkia vielä kartoittamattomia, kaukana tasapainosta olevia spindynamiikkoja, mukaan lukien antimagneettiset ilmiöt, ja niillä on lupaavia vaikutuksia epätavanomaisiin laskentaparadigmoihin.

Aiheesta aiemmin:

Elektronispinien kaksoismomentti vauhdittaa spintroniikkaa

Sähköinen spinin hallinta altermagneettisissa kvanttimateriaaleissa

2D-spintroniikkaa uudella tavalla