(Phys.org) —Onderzoekers van de UCLA hebben een magnetische component op nanoschaal gemaakt voor computergeheugenchips die hun energie-efficiëntie en schaalbaarheid aanzienlijk zouden kunnen verbeteren.

Het ontwerp brengt een nieuw en zeer gewild type magnetisch geheugen een stap dichter bij gebruik in computers, mobiele elektronica zoals smartphones en tablets, evenals grote computersystemen voor big data. Dankzij de innovatieve asymmetrische structuur kan het de spin- en orbitale eigenschappen van elektronen beter benutten, waardoor het veel energiezuiniger is dan het huidige computergeheugen.

"Dit werk zal waarschijnlijk een krachtige benadering bieden voor het ontwerpen van nieuwe nano-elektronische apparaten en systemen, " zei Kang Wang, de Raytheon Professor of Electrical Engineering aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science en de hoofdonderzoeker van de studie. "In combinatie met verwante soorten magnetische apparaten die door ons team worden bestudeerd, het vertegenwoordigt een geweldige kans om geheugen en logica met hogere prestaties te realiseren voor toekomstige instant-on en energiezuinige, groene elektronische systemen."

Het onderzoek is op 11 mei gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Apparaten die op spin gebaseerde elektronica gebruiken, of "spintronica, " verbruiken minder energie dan conventionele elektronica door de spins van elektronen te gebruiken in plaats van hun lading. Een hot gebied van onderzoek binnen spintronica is het verminderen van de behoefte aan elektrische stroom door zowel de spin- als de orbitale eigenschappen van elektronen te gebruiken, ook wel "spin-orbit torque" genoemd.

Op Spintronica gebaseerde computerchips gebruiken magnetische materialen voor meer energie-efficiëntie. Het proces waarmee computergeheugen kan worden geschreven - of computerfuncties kunnen worden uitgevoerd - wordt geactiveerd wanneer elektrische stroom de polariteit van een aangrenzend magnetisch materiaal "omschakelt". In bestaande spin-orbit-torsieapparaten, dit proces heeft meestal een aangrenzend magnetisch veld nodig om de omschakeling volledig te voltooien.

De structuur die aan de UCLA is ontworpen, elimineert de noodzaak van een aangrenzend magnetisch veld. De onderzoekers creëerden in plaats daarvan een effectief magnetisch veld door de hoek van de structuur met slechts een paar atomen te variëren, in een vorm die lijkt op een kaaswig:dikker aan het ene uiteinde en aflopend naar een dunnere rand aan het andere uiteinde. Hoewel het hoogteverschil tussen de twee uiteinden slechts enkele tienden van een nanometer - of enkele miljardsten van een meter - over de lengte van elk apparaat is, de nieuwe configuratie genereert aanzienlijk extra spin-orbit-koppel, die mogelijk een honderdste van de hoeveelheid energie verbruikt die wordt gebruikt door de chips in de hedendaagse consumentenelektronica.

De onderzoekers observeerden het magneetveldvrije schakeleffect in verschillende experimenten, maar het mechanisme waarmee de asymmetrische geometrie magnetische schakeling kan verbeteren, wordt nog onderzocht.

"Dit is een veelbelovende eerste stap, het bieden van een mogelijke weg naar de engineering van nieuwe geheugencellen voor draai-orbit-koppels, terwijl ze ook nieuwe inzichten bieden in hun fysica, " zei Pedram Khalili, de co-hoofdonderzoeker van de studie en een assistent-adjunct-hoogleraar elektrotechniek. "Verder werk is nodig om een ​​meer gedetailleerd microscopisch begrip van de nieuwe waarnemingen te ontwikkelen en hun toepassing en schaalpotentieel verder te evalueren."