Исследователи из Университета Аалто разработали новое устройство для спинтроники. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications и знаменуют собой шаг к цели использования спинтроники для создания компьютерных микросхем и устройств для обработки данных и коммуникационных технологий, которые являются небольшими и мощными.
Традиционная электроника использует электрический заряд для выполнения вычислений, которые используются в большинстве наших повседневных технологий. Однако инженеры не могут заставить электронику выполнять вычисления быстрее, поскольку движущийся заряд создает тепло, и мы находимся на пределе того, насколько большой заряд маленькие и быстрые чипы могут получить до перегрева. Поскольку электронику нельзя уменьшить в размерах, есть опасения, что компьютеры не смогут стать более мощными и дешевыми с той же скоростью, что и последние 7 десятилетий. Здесь на помощь приходит спинтроника.
"Спин" — это свойство частиц, подобных электронам, точно так же, как "заряд". Исследователи заинтересованы в использовании вращения для проведения вычислений, потому что оно позволяет избежать проблем с нагревом современных компьютерных микросхем. Если вы используете спиновые волны, это передача вращения, вы не перемещаете заряд, поэтому вы не создаете нагрева.
Наноразмерные магнитные материалы
Устройство, созданное командой, представляет собой резонатор Фабри-Перо, хорошо известный в оптике инструмент для создания лучей света с строго контролируемой длиной волны. Спин-волновая версия, созданная исследователями в этой работе, позволяет им контролировать и фильтровать спиновые волны в устройствах размером всего несколько сотен нанометров.
Устройства были созданы из очень тонких слоев материалов с экзотическими магнитными свойствами друг на друга. Это создало устройство, в котором спиновые волны в материале улавливались бы и подавлялись, если бы они не имели желаемой частоты.
Проблемы с ускорением электроники выходят за рамки перегрева, они также вызывают осложнения при беспроводной передаче, поскольку беспроводные сигналы необходимо преобразовывать с более высоких частот в частоты, которыми могут управлять электронные схемы. Это преобразование замедляет процесс и требует энергии. Чипы спиновой волны могут работать на микроволновых частотах, используемых в сигналах мобильных телефонов и Wi-Fi, что означает, что у них есть большой потенциал для использования в еще более быстрых и надежных технологиях беспроводной связи в будущем.
Более того, спиновые волны могут использоваться для вычислений более быстрыми способами, чем электронные вычисления для конкретных задач. Электронные вычисления используют булеву или двоичную логику для выполнения вычислений, со спиновыми волнами информация передается в амплитуда волны, что позволяет использовать больше аналоговых вычислений. Это означает, что он может быть очень полезен для конкретных задач, таких как обработка изображений или распознавание образов. Самое замечательное в нашей системе то, что ее размерная структура означает, что ее легко интегрировать в существующие технологии.
Теперь, когда у команды есть резонатор для фильтрации и управления спиновыми волнами, следующим шагом будет создание для них полной схемы.