Moderne computers zijn gebaseerd op logische circuits met halfgeleidertransistors. Om de rekenkracht te vergroten, kleinere transistoren nodig zijn. De wet van Moore stelt dat het aantal transistors dat op een geïntegreerde schakeling past elke twee jaar moet verdubbelen vanwege schaalvergroting. Maar naarmate transistors atomaire dimensies bereiken, het bereiken van deze prestatie wordt steeds moeilijker. Een van de belangrijkste uitdagingen is de warmteafvoer van circuits die zijn gemaakt met behulp van de huidige standaard halfgeleidertechnologie, complementaire metaaloxide halfgeleider (CMOS), die meer warmte afgeven naarmate er meer transistors worden toegevoegd. Hierdoor is CMOS niet in staat de computers van de toekomst te ondersteunen.

Ingenieurs zoeken daarom naar alternatieven voor CMOS die zeer efficiënte computerlogica-circuits mogelijk maken die veel minder warmte genereren. Onderzoekers van de Northwestern University hebben mogelijk een oplossing gevonden:een geheel nieuwe familie van logische circuits op basis van magnetische halfgeleiderapparaten. De vooruitgang zou kunnen leiden tot logische circuits die tot 1 miljoen keer energiezuiniger zijn dan die van vandaag.

In tegenstelling tot traditionele geïntegreerde schakelingen, die bestaan ​​uit een verzameling miniatuurtransistoren die op een enkel stuk halfgeleider werken, de zogenaamde "spin-logica-circuits" maken gebruik van het kwantumfysica-fenomeen van spin, een fundamentele eigenschap van het elektron.

"Wat we hebben ontwikkeld, is een apparaat dat kan worden geconfigureerd in een logisch circuit dat in staat is om alle noodzakelijke Booleaanse logica uit te voeren en dat kan worden gecascadeerd om geavanceerde functie-eenheden te ontwikkelen, " zei Bruce W. Wessels, Walter P. Murphy hoogleraar Materials Science and Engineering aan de Northwestern's McCormick School of Engineering and Applied Science en een van de auteurs van het artikel. "We gebruiken 'spintronische' logische apparaten om met succes dezelfde bewerkingen uit te voeren als conventionele CMOS-circuits, maar met minder apparaten en meer rekenkracht."

De spin-logic schakelingen zijn gemaakt met magnetoresistieve bipolaire spin-transistoren, onlangs gepatenteerd door de onderzoekers.

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, "Emitter-gekoppelde spin-transistorlogica, " werd op 5 juli gepresenteerd tijdens het International Symposium on Nanoscale Architectures in Nederland. Andere Noordwestelijke auteurs zijn onder meer afgestudeerde student Joseph Friedman, de hoofdauteur van het artikel; Gokhan Memik, universitair hoofddocent elektrotechniek en informatica; en Alan Sahakian, hoogleraar elektrotechniek en informatica.

De nieuwe logische familie, die profiteert van de magnetische eigenschappen die verband houden met elektronenspin, zou kunnen resulteren in een computer die 1 miljoen keer energiezuiniger is dan de computers die momenteel op de markt zijn. Hoewel die prestatie optimistisch is en een decennium kan duren om te realiseren, "We denken dat dit potentieel baanbrekend is, ' zei Friedman.