Modern computergeheugen codeert informatie door magnetische bits in apparaten te wisselen. Nutsvoorzieningen, een baanbrekende studie uitgevoerd door onderzoekers van NUS Electrical and Computer Engineering heeft een nieuwe efficiënte manier gevonden om 'spingolven' te gebruiken om magnetisatie bij kamertemperatuur om te schakelen voor energiezuiniger spingeheugen en logische apparaten.

Traditionele elektronische chips hebben last van aanzienlijke "Joule-warmte, " die optreedt als gevolg van de stroom van een elektrische stroom die hoge temperaturen produceert. Het wordt veroorzaakt door snelle beweging en frequente botsingen tussen bewegende ladingen in de apparaten. Dit ernstige probleem veroorzaakt niet alleen een grote hoeveelheid vermogensdissipatie, maar belemmert ook de verwerkingssnelheid van de chip en beperkt het aantal chips dat in apparaten kan worden ingebouwd.

"We komen dergelijke problemen en ongemakken altijd tegen bij het gebruik van onze telefoons, computers en andere elektronische apparaten. We merken vaak dat deze apparaten 'heet' en 'langzaam' worden, ' Bovendien, we moeten ze vaak opladen en soms moeten we een andere draagbare oplader meenemen, " verklaarde professor Yang Hyunsoo, de teamleider van dit onderzoek.

Dus, in plaats van standaard elektroneninjectiemethoden toe te passen die in traditionele elektronica worden gebruikt, Het team van prof. Yang gebruikte op creatieve wijze "spingolven" om magnetisatie te veranderen. Spingolven verspreiden verstoringen in de ordening van magnetische materialen, en vanuit het oogpunt van quasideeltjes, spingolven staan ​​bekend als "magnons".

Het team bouwde een dubbellaags systeem bestaande uit een antiferromagnetisch magnon-transportkanaal en een topologische isolator-spinbron. In 's werelds eerste, ze demonstreerden vervolgens met succes spingolfgestuurde magnetisatie-omschakeling in de aangrenzende ferromagnetische laag met een hoog rendement bij kamertemperatuur.

Het nieuwe schakelschema op basis van spingolven kan bewegende ladingen vermijden. Daarom, veel minder Joule warmte- en vermogensdissipatie zou worden verwacht voor apparaten. De opmars van op spingolf gebaseerde schakelingen zou een nieuwe weg kunnen openen voor energiezuinige chips.

De resultaten van het onderzoek zijn op 29 november 2019 gepubliceerd in Wetenschap .

Spingolven en magnon-koppel

"De spingolven (magnonen) kunnen spin-informatie leveren, zelfs in isolatoren zonder bewegende ladingen. Deze unieke eigenschap maakt mogelijk een langere spinvoortplanting mogelijk, maar met een lagere dissipatie in vergelijking met elektronenspins, " verklaarde Dr. Wang Yi, de eerste auteur van dit werk.

"Dan kunnen we de magnetisatie regelen als we de spin-informatie van de magnonen naar de lokale magnetisatie overbrengen, die kan worden opgevat als 'magnon-koppels, '" zei Dr. Wang. Net zoals een lineaire kracht een duw of een trek is, een koppel kan worden gezien als een draai aan een object. "Vandaar, deze nieuwe manier om de magnetisatie te manipuleren kan worden gebruikt voor toekomstig datageheugen en logische apparaten, " hij voegde toe.

Mogelijke toepassingen en volgende stappen

"Ons werk laat eerst zien dat het magnon-koppel voldoende is om de magnetisatie bij kamertemperatuur om te schakelen. Zelfs de efficiëntie van het magnon-koppel is vergelijkbaar met de eerder nagestreefde efficiëntie van het elektrische spinkoppel. We geloven dat dit aanzienlijk kan worden verbeterd door verdere technische apparaten, zodat het magnonkoppel energiezuiniger wordt, " zei prof Yang.

"We weten dat het elektrische spinkoppel het tijdperk heeft geopend voor spintronische apparaattoepassingen zoals magnetische random access memory's (MRAM's). We geloven dat ons rapport over het nieuwe magnon-koppelschema voor magnetisatieschakeling een baanbrekend idee is in spintronica. stimuleren niet alleen een nieuw onderzoeksgebied in magnonics, maar ook praktische apparaten die worden bediend door magnonen, " verklaarde Dr. Wang.

Volgende, het onderzoeksteam zal de efficiëntie van magnon-koppels verder ontwikkelen en alle magnon-apparaten onderzoeken zonder elektrische onderdelen te gebruiken. In aanvulling, de werkingsfrequentie van spingolven ligt in het terahertz-bereik. Terahertz-apparaten kunnen gegevens met aanzienlijk hogere snelheden verzenden dan momenteel mogelijk is. "Daarom, magnon op koppel gebaseerde apparaten zullen in de toekomst de implementatie van ultrahoge snelheidstoepassingen mogelijk maken, " zei prof Yang.