- 19,447
- 40
- 8 Ноя 2022
Двухслойный пирог из сульфида хрома изменит будущее электроники.
Международная группа исследователей под руководством Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) совершила любопытное открытие в области квантовой электроники. Ученые разработали оригинальный метод управления особым свойством электронов – их спином, который можно представить как вращение частицы вокруг собственной оси. До сих пор для этого требовались мощные магниты, теперь же достаточно обычного электрического поля.
На том же свойстве электронов основана спинтроника – перспективное направление в создании вычислительных машин будущего. В отличие от традиционной электроники, где информация кодируется зарядом электрона (есть заряд – единица, нет – ноль), спинтронные устройства используют направление вращения частицы. Такой подход позволяет существенно увеличить скорость расчетов и снизить энергопотребление.
Долгое время главным препятствием в развитии спинтроники оставалась необходимость применять магнитные поля для контроля над спином. В миниатюрных моделях был один серьезный недочет: магниты, расположенные слишком близко друг к другу, начинали мешать работе соседних компонентов. Новый же подход, описанный в журнале Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , полностью решает проблему.
В основе разработки лежит удивительное явление – альтермагнетизм. В материалах этого типа электроны самопроизвольно выстраиваются таким образом, что их спины указывают в противоположных направлениях. Это приводит к взаимной компенсации магнитных свойств – состояние, принципиально отличное как от ферромагнетиков (где все спины сонаправлены, как в обычном магните), так и от антиферромагнетиков.
Была создана структура из двух ультратонких слоев сульфида хрома (CrS). В ней электроны естественным образом распределяются по слоям в зависимости от направления спина – эффект получил название спин-слоевой блокировки (layer-spin locking). Простое изменение напряжения позволяет "переключать" движение частиц между слоями, тем самым управляя их спинами. При комнатной температуре ученым удалось достичь степени контроля до 87%.
<blockquote>Можно провести аналогию с системой двух конвейеров, движущихся в противоположных направлениях, – поясняет руководитель исследования, доцент SUTD Йи Син Анг. – Изменяя напряжение, мы направляем поток электронов по верхней или нижней ленте. Это позволяет контролировать направление их спина без использования магнитов. </blockquote> То есть в классических магнитных материалах спин-поляризованные токи зависят от внешних магнитных полей. В новой структуре каждый слой самостоятельно проводит электроны с противоположной спиновой поляризацией. Электрическое поле избирательно повышает энергетические уровни одного слоя относительно другого.
Открытие закладывает фундамент для создания принципиально новых устройств памяти и обработки данных. В отличие от современных транзисторов, где на переключение между состояниями тратится значительная энергия, спинтронные компоненты могут работать при минимальном энергопотреблении. При этом они способны хранить информацию даже при отключении питания.
<blockquote>Мы стремимся создать компоненты, которые превзойдут возможности кремниевой электроники, – рассказывает ведущий автор исследования, доктор Руи Пэн. – Наша работа показывает один из возможных путей к этой цели. </blockquote> Сейчас ученые работают над первыми прототипами и ищут способы интегрировать двухслойную структуру в реальные электронные схемы.
Международная группа исследователей под руководством Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) совершила любопытное открытие в области квантовой электроники. Ученые разработали оригинальный метод управления особым свойством электронов – их спином, который можно представить как вращение частицы вокруг собственной оси. До сих пор для этого требовались мощные магниты, теперь же достаточно обычного электрического поля.
На том же свойстве электронов основана спинтроника – перспективное направление в создании вычислительных машин будущего. В отличие от традиционной электроники, где информация кодируется зарядом электрона (есть заряд – единица, нет – ноль), спинтронные устройства используют направление вращения частицы. Такой подход позволяет существенно увеличить скорость расчетов и снизить энергопотребление.
Долгое время главным препятствием в развитии спинтроники оставалась необходимость применять магнитные поля для контроля над спином. В миниатюрных моделях был один серьезный недочет: магниты, расположенные слишком близко друг к другу, начинали мешать работе соседних компонентов. Новый же подход, описанный в журнале Для просмотра ссылки Войди
В основе разработки лежит удивительное явление – альтермагнетизм. В материалах этого типа электроны самопроизвольно выстраиваются таким образом, что их спины указывают в противоположных направлениях. Это приводит к взаимной компенсации магнитных свойств – состояние, принципиально отличное как от ферромагнетиков (где все спины сонаправлены, как в обычном магните), так и от антиферромагнетиков.
Была создана структура из двух ультратонких слоев сульфида хрома (CrS). В ней электроны естественным образом распределяются по слоям в зависимости от направления спина – эффект получил название спин-слоевой блокировки (layer-spin locking). Простое изменение напряжения позволяет "переключать" движение частиц между слоями, тем самым управляя их спинами. При комнатной температуре ученым удалось достичь степени контроля до 87%.
<blockquote>Можно провести аналогию с системой двух конвейеров, движущихся в противоположных направлениях, – поясняет руководитель исследования, доцент SUTD Йи Син Анг. – Изменяя напряжение, мы направляем поток электронов по верхней или нижней ленте. Это позволяет контролировать направление их спина без использования магнитов. </blockquote> То есть в классических магнитных материалах спин-поляризованные токи зависят от внешних магнитных полей. В новой структуре каждый слой самостоятельно проводит электроны с противоположной спиновой поляризацией. Электрическое поле избирательно повышает энергетические уровни одного слоя относительно другого.
Открытие закладывает фундамент для создания принципиально новых устройств памяти и обработки данных. В отличие от современных транзисторов, где на переключение между состояниями тратится значительная энергия, спинтронные компоненты могут работать при минимальном энергопотреблении. При этом они способны хранить информацию даже при отключении питания.
<blockquote>Мы стремимся создать компоненты, которые превзойдут возможности кремниевой электроники, – рассказывает ведущий автор исследования, доктор Руи Пэн. – Наша работа показывает один из возможных путей к этой цели. </blockquote> Сейчас ученые работают над первыми прототипами и ищут способы интегрировать двухслойную структуру в реальные электронные схемы.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
