Forscher der Aalto University haben ein neues Spintronikgerät entwickelt. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationund markieren Sie einen Schritt in Richtung des Ziels, mithilfe von Spintronics Computerchips sowie kleine und leistungsstarke Geräte für die Datenverarbeitung und Kommunikationstechnologie zu erstellen.
Traditionelle Elektronik verwendet elektrische Ladung, um Berechnungen durchzuführen, die den größten Teil unserer alltäglichen Technologie antreiben. Ingenieure sind jedoch nicht in der Lage, Elektronik dazu zu bringen, Berechnungen schneller durchzuführen, da sich bewegende Ladung Wärme erzeugt und wir an der Grenze sind, wie klein und schnell Chips werden können, bevor sie überhitzen. Da die Elektronik nicht kleiner gemacht werden kann, gibt es Bedenken, dass Computer nicht in der gleichen Geschwindigkeit wie in den letzten sieben Jahrzehnten leistungsfähiger und billiger werden können. Hier kommt die Spintronik ins Spiel.
“Spin” ist eine Eigenschaft von Teilchen wie Elektronen auf die gleiche Weise wie “Ladung”. Die Forscher sind begeistert von der Verwendung von Spin zur Durchführung von Berechnungen, da hierdurch die Heizprobleme heutiger Computerchips vermieden werden. “Wenn Sie Spinwellen verwenden, dh Spinübertragung, bewegen Sie keine Ladung, sodass Sie keine Heizung erzeugen”, sagt Professor Sebastiaan van Dijken, der die Gruppe leitet, die das Papier geschrieben hat.
Magnetische Materialien im Nanomaßstab
Das vom Team entwickelte Gerät ist ein Fabry-Pérot-Resonator, ein bekanntes Werkzeug in der Optik zur Erzeugung von Lichtstrahlen mit einer streng kontrollierten Wellenlänge. Die von den Forschern in dieser Arbeit erstellte Spin-Wave-Version ermöglicht es ihnen, Rotationswellen in Geräten zu überwachen und zu filtern, die nur wenige hundert Nanometer breit sind.
Die Vorrichtungen werden hergestellt, indem sehr dünne Materialschichten mit exotischen magnetischen Eigenschaften zusammengeklemmt werden. Dies schuf eine Vorrichtung, bei der die Spinwellen im Material eingefangen und aufgehoben würden, wenn sie nicht die gewünschte Frequenz hätten. „Das Konzept ist neu, aber einfach umzusetzen“, erklärt Dr. Huajun Qin, Hauptautor des Artikels. „Die Kunst besteht darin, qualitativ hochwertige Materialien herzustellen, die wir hier bei Aalto haben. Die Tatsache, dass es keine Herausforderung ist, diese Geräte herzustellen, bedeutet, dass wir viele Möglichkeiten für neue aufregende Arbeiten haben. ‘
Drahtlose Datenverarbeitung und analoges Rechnen
Die Probleme bei der Beschleunigung der Elektronik gehen über die Überhitzung hinaus. Sie verursachen auch Komplikationen bei der drahtlosen Übertragung, da drahtlose Signale von ihren höheren Frequenzen in Frequenzen umgewandelt werden müssen, die elektronische Schaltungen verwalten können. Diese Umwandlung verlangsamt den Prozess und verbraucht Energie. Spin-Wave-Chips können mit den in Mobiltelefonen und Wi-Fi-Signalen verwendeten Mikrowellenfrequenzen betrieben werden, was bedeutet, dass sie in Zukunft in noch schnelleren und zuverlässigeren drahtlosen Kommunikationstechnologien eingesetzt werden können.
Darüber hinaus können Spinwellen verwendet werden, um Computer auf eine Weise auszuführen, die bei bestimmten Aufgaben schneller ist als elektronisches Rechnen. in der Amplitude der Welle, was mehr analoges Rechnen ermöglicht. Dies bedeutet, dass es für bestimmte Aufgaben wie Bildverarbeitung oder Mustererkennung sehr nützlich sein kann. Das Tolle an unserem System ist, dass die Größenstruktur die Integration in vorhandene Technologien erleichtert. ‘
Nachdem das Team nun über den Resonator verfügt, um die Spinwellen zu filtern und zu steuern, besteht der nächste Schritt darin, eine vollständige Schaltung dafür zu erstellen. “Um einen Magnetkreis aufzubauen, müssen wir in der Lage sein, die Spinwellen auf funktionale Komponenten zu lenken, wie es elektrische Kanäle auf elektronischen Mikrochips tun. Wir versuchen, ähnliche Strukturen wie direkte Spinwellen zu schaffen”, erklärt Dr. Qin. von.
Mehr Informationen
Das Papier Nanoscale magnonic Fabry-Pérot Resonator für verlustarme Spinwellenmanipulation ist in veröffentlicht Naturkommunikation https: /doi.org /10.1038 /s41467-021-22520-6 Es wurde von der Akademie von Finnland und der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt. Die Herstellung der Vorrichtung wurde bei OtaNano durchgeführt.
Kontaktdetails
Prof. Prof. Sebastian van Dijken
E-Mail: [email protected]
Telefon: + 358-50-3160969
Webseite: http: // Physik.Aalto.einbiegen in/Gruppen /Nanospin /
DR. Huajun Qin
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