Onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben een elektronische component gemaakt die functies en mogelijkheden demonstreert die belangrijk zijn voor toekomstige generaties computationele logica en geheugenapparaten. Het is tussen de één en twee ordes van grootte energiezuiniger dan eerdere pogingen om een ​​component met hetzelfde soort gedrag te creëren. Dit zou toepassingen kunnen hebben in het opkomende gebied van spintronica.

Spintronics onderzoekt de mogelijkheid van high-performance, low-power componenten voor logica en geheugen. Het is gebaseerd op het idee om informatie te coderen in de spin van een elektron, een eigenschap gerelateerd aan impulsmoment, in plaats van door elektronenpakketten te gebruiken om bits weer te geven.

Een van de sleutels om het potentieel van spintronica te ontsluiten, is het vermogen om materialen snel en efficiënt te magnetiseren. University of Tokyo Professor Masaaki Tanaka en collega's hebben op dit gebied een belangrijke doorbraak bereikt. Het team heeft een component gemaakt, een dunne film van ferromagnetisch materiaal, waarvan de magnetisatie volledig kan worden omgekeerd door toepassing van zeer kleine stroomdichtheden. Deze zijn tussen één en twee ordes van grootte kleiner dan de huidige dichtheden vereist door eerdere technieken, dus dit apparaat is veel efficiënter.

"We proberen het probleem op te lossen van het grote stroomverbruik dat nodig is voor het omkeren van magnetisatie in magnetische geheugenapparaten, "zei Tanaka. "Ons ferromagnetisch halfgeleidermateriaal - gallium-mangaanarsenide (GaMnAs) - is ideaal voor deze taak, omdat het een hoogwaardig monokristal is. Minder geordende films hebben een ongewenste neiging om elektronenspins om te draaien. Dit is verwant aan weerstand in elektronische materialen en het is het soort inefficiëntie dat we proberen te verminderen."

De GaMnAs-film die het team voor hun experiment gebruikte, is ook op een andere manier bijzonder. Het is bijzonder dun dankzij een fabricageproces dat bekend staat als moleculaire bundelepitaxie. Met deze methode kunnen apparaten eenvoudiger worden geconstrueerd dan andere analoge experimenten die meerdere lagen proberen te gebruiken in plaats van dunne films met één laag.

"We hadden niet verwacht dat de magnetisatie in dit materiaal met zo'n lage stroomdichtheid kan worden omgekeerd; we waren zeer verrast toen we dit fenomeen ontdekten, " concludeert Tanaka. "Onze studie zal onderzoek naar materiaalontwikkeling bevorderen voor een efficiëntere omkering van magnetisatie. En dit helpt onderzoekers op hun beurt om veelbelovende ontwikkelingen in spintronica te realiseren."

Het onderzoek wordt gerapporteerd in Natuurcommunicatie .