Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een nieuwe manier aangetoond om functies uit te voeren die essentieel zijn voor toekomstige berekeningen, drie orden van grootte sneller dan de huidige commerciële apparaten. Het team onder leiding van universitair hoofddocent Shinobu Ohya creëerde een spintronisch halfgeleiderapparaat op nanoschaal dat biljoenen keren per seconde gedeeltelijk kan schakelen tussen specifieke magnetische toestanden (terahertz-THz), veel verder dan de frequenties van apparaten op dit moment.

De kans is groot dat je ergens dit decennium een ​​computer of smartphone hebt gekocht. Toen je naar de beschrijving keek, je hebt misschien gemerkt dat de snelheid van dergelijke apparaten vaak wordt gemeten in gigahertz (GHz). Momenteel, de meeste apparaten zijn rond een paar gigahertz. Maar de vooruitgang versnelt, en onderzoekers zoeken naar nieuwe manieren om de frequentie en prestaties van apparaten te verhogen. Hiertoe, UTokyo-onderzoekers van de Graduate School of Engineering en Graduate School of Frontier Sciences verkennen het opkomende gebied van spintronica.

"Ik hoop dat ons onderzoek leidt tot op spintronica gebaseerde logica en geheugenapparaten, " zei Ohya. "Binnen tientallen jaren, mensen zouden spintronic-smartphones en datacenters moeten zien. We zouden ongelooflijke prestatieverbeteringen realiseren op gebieden zoals kunstmatige intelligentie en daarbuiten."

Spintronica, ook bekend als "spin-elektronica, " exploiteert een intrinsieke eigenschap van elektronen genaamd spin, verantwoordelijk voor magnetisch gedrag, om functies uit te voeren. Bijvoorbeeld, berekening is gebaseerd op schakelbare toestanden van een fysiek materiaal als een manier om informatie over te dragen. beroemd, de enen en nullen die binaire code bevatten, worden weergegeven door spanningsniveaus in communicatiedraden of de magnetische toestanden van een magnetisch metaal in een harde schijf. Hoe sneller er tussen staten wordt gewisseld, hoe beter de prestaties van het apparaat. In spintronische apparaten, discrete spin-magnetisatietoestanden vertegenwoordigen binaire cijfers.

Een manier waarop onderzoekers deze eigenschap creëren, is door een speciaal magnetisch materiaal te bestralen met korte maar hoogfrequente pulsen van terahertz-straling, vergelijkbaar met die van bodyscanners op luchthavens. De straling draait elektronenspins in dit materiaal om - ferromagnetisch mangaanarsenide (MnAs) - en dus de magnetisatie ervan, in minder dan een picoseconde, drie orden van grootte sneller dan transistors in microchips schakelen. Andere onderzoekers hebben dit eerder geprobeerd, maar de magnetische verandering in reactie op de pulsen was slechts 1 procent, te klein om praktisch bruikbaar te zijn.

Nutsvoorzieningen, echter, Ohya en zijn team hebben met succes een grotere verandering aangetoond in de magnetisatie van MnAs-nanodeeltjes die worden onderworpen aan terahertz-pulsen. Deze grotere respons van 20 procent betekent dat het nuttiger kan zijn in onderzoek en hints voor mogelijke toekomstige toepassingen. Hun truc was om te profiteren van de elektrische component van de terahertz elektromagnetische straling in plaats van de magnetische component.

"Tot nu toe gebruikten onderzoekers op dit gebied ferromagnetische metaalfilms om terahertz-modulatie van magnetisatie te bestuderen, maar deze belemmerden de energie van de straling, " zei Ohya. "In plaats daarvan hebben we onze ferromagnetische nanodeeltjes ingebed in een halfgeleiderfilm van 100 nanometer dik. Dit belemmert de straling veel minder, zodat het terahertz elektrische veld de spins uniform bereikt en omdraait, en dus magnetisatie, van de nanodeeltjes."