Onderzoekers van Aalto University hebben een nieuw apparaat ontwikkeld voor spintronica. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , en markeer een stap in de richting van het doel om spintronica te gebruiken om computerchips en apparaten voor gegevensverwerking en communicatietechnologie te maken die klein en krachtig zijn.

Traditionele elektronica gebruikt elektrische lading om berekeningen uit te voeren die de meeste van onze dagelijkse technologie aandrijven. Echter, ingenieurs kunnen elektronica niet sneller laten rekenen, omdat bewegende lading warmte creëert, en miniaturisatie heeft de grenzen van de thermodynamica bereikt. Omdat elektronica niet kleiner gemaakt kan worden, er zijn zorgen dat computers niet krachtiger en goedkoper kunnen worden in hetzelfde tempo als de afgelopen zeven decennia. Dit is waar spintronica om de hoek komt kijken.

Spin is een eigenschap van deeltjes zoals elektronen op dezelfde manier als lading. Onderzoekers zijn enthousiast over het gebruik van spin om berekeningen uit te voeren, omdat het de verwarmingsproblemen van de huidige computerchips vermijdt. "Als je spingolven gebruikt, het is de overdracht van spin, je verplaatst geen lading, zo creëer je geen verwarming, " zegt prof. Sebastiaan van Dijken, die de groep leidt die de krant heeft geschreven.

Magnetische materialen op nanoschaal

Het apparaat dat het team heeft gemaakt is een Fabry-Pérot-resonator, een bekend hulpmiddel in de optica voor het creëren van lichtbundels met een strak gecontroleerde golflengte. De spin-wave-versie die door de onderzoekers in dit werk is gemaakt, stelt hen in staat om spingolven te controleren en te filteren in apparaten die slechts enkele honderden nanometers groot zijn.

De apparaten zijn gemaakt door zeer dunne lagen materiaal met exotische magnetische eigenschappen op elkaar te sandwichen. Dit creëerde een apparaat waarbij de spingolven in het materiaal zouden worden opgesloten en opgeheven als ze niet de gewenste frequentie hadden. "Het concept is nieuw, maar eenvoudig te implementeren, " legt Dr. Huajun Qin uit, de eerste auteur van het artikel, 'de kunst is om materialen van goede kwaliteit te maken, die we hier bij Aalto hebben. Het feit dat het geen uitdaging is om deze apparaten te maken, betekent dat we veel kansen hebben voor nieuw spannend werk."

Draadloze gegevensverwerking en analoog computergebruik

De problemen met het versnellen van elektronica gaan verder dan oververhitting; er zijn ook complicaties bij draadloze transmissie, aangezien draadloze signalen moeten worden omgezet van hun hogere frequenties naar frequenties die elektronische circuits aankunnen. Deze omzetting vertraagt ​​het proces en kost energie. Spinwave-chips kunnen werken op de microgolffrequenties die worden gebruikt in mobiele telefoon- en wifi-signalen, wat betekent dat er veel potentieel is om ze in de toekomst in nog snellere en betrouwbaardere draadloze communicatietechnologieën te gebruiken.

Verder, spingolven kunnen worden gebruikt om te computeren op manieren die sneller zijn dan elektronisch computergebruik bij specifieke taken. " legt professor van Dijken uit. "Met spingolven, de informatie wordt gedragen in de amplitude van de golf, wat zorgt voor meer analoge stijl computing. Dit betekent dat het erg handig kan zijn voor specifieke taken zoals beeldverwerking of patroonherkenning. Het mooie van ons systeem is dat het door zijn groottestructuur eenvoudig te integreren moet zijn in bestaande technologie."

Nu het team de resonator heeft om de spingolven te filteren en te controleren, de volgende stappen zijn om een ​​compleet circuit voor hen te maken. "Om een ​​magnetisch circuit te bouwen, we moeten de spingolven naar functionele componenten kunnen leiden, zoals geleidende elektrische kanalen doen op elektronische microchips. We kijken naar het maken van soortgelijke structuren om spingolven te sturen, " legt Dr. Qin uit.