دانشمندان روشی نوین برای کنترل الکتریکی اسپین در دستگاه های فوق فشرده با استفاده از مواد کوانتومی آلترمغناطیسی معرفی کردند.
به گزارش نشریه Materials Horizons گروهی از پژوهشگران به رهبری دانشگاه فناوری و طراحی سنگاپور (SUTD) موفق به ارائه روشی نوآورانه برای کنترل اسپین الکترون با استفاده صرف از میدان الکتریکی شدند؛ روشی که می تواند راه را برای توسعه نسل آینده دستگاه های اسپینترونیکی فوق فشرده و کم مصرف هموار کند.
اسپینترونیک چیست؟
اسپینترونیک (Spintronics) شاخه ای نوظهور از فناوری است که به جای استفاده از بار الکترون ها از خاصیت اسپین آنها برای پردازش و ذخیره اطلاعات بهره می گیرد. این فناوری می تواند منجر به ساخت رایانه ها و حافظه هایی سریع تر و با بهره وری انرژی بیشتر شود. اما چالش اصلی در این حوزه نیاز به میدان های مغناطیسی برای کنترل اسپین است؛ عاملی که یکپارچه سازی قطعات را در مقیاس بسیار کوچک دشوار می کند و ممکن است موجب تداخل ناخواسته میان اجزای دستگاه شود.
در این پژوهش تیم تحقیقاتی SUTD با همکاری دانشگاه علم و فناوری هنگ کنگ مؤسسه فناوری پکن دانشگاه ژجیانگ و آژانس علوم فناوری و تحقیقات سنگاپور (A*STAR) نشان داده اند که می توان با بهره گیری از نوع خاصی از مواد مغناطیسی نوظهور به نام دوبلایه های آلترمغناطیسی (Altermagnetic Bilayer) مکانیسمی به نام قفل شدگی لایه ای-اسپینی (Layer-Spin Locking) ایجاد کرد که امکان کنترل کامل جریان های اسپینی را تنها با میدان الکتریکی و در دمای اتاق فراهم می سازد.
آلترمغناطیس چیست؟
آلترمغناطیس نوعی خاص از مغناطیس است که در آن اسپین های الکترون ها در جهت های مخالف قرار دارند و باعث می شوند گشتاور های مغناطیسی در مقیاس کلان خنثی شوند. این ویژگی باعث می شود چنین موادی نه مشابه فرومغناطیس و نه آنتی فرومغناطیس باشند و در عوض رفتاری منحصر به فرد و قابل تنظیم از خود نشان دهند؛ رفتاری که آنها را برای کاربرد در اسپینترونیک بسیار مناسب می سازد.
عملکرد سیستم جدید چگونه است؟
در ساختار دوبلایه ی کروم سولفید (CrS) الکترون ها به طور طبیعی در دو لایه با اسپین های مخالف جدا می شوند. پژوهشگران دریافتند که با اعمال یک میدان الکتریکی ساده می توان به طور کامل جهت اسپین ها را وارونه کرد و به قطبش اسپینی تا ۸۷٪ در دمای اتاق دست یافت. این دستاورد به این معناست که دیگر نیازی به میدان مغناطیسی برای کنترل اسپین نیست.
توضیح مکانیسم با یک مثال ساده
ییسین آنگ از دانشگاه SUTD در توضیح این پدیده گفت: «تصور کنید دو نوار نقاله داریم که هرکدام الکترون هایی با اسپین مخالف حمل می کنند. با یک کلید الکتریکی ساده می توانیم یک نوار را بر دیگری غالب کنیم و اسپین انتقالی را تغییر دهیم. این دقیقاً همان کاری است که ما انجام داده ایم.»
این کشف می تواند انقلابی در حوزه های رایانش آینده حافظه های ذخیره سازی و فناوری های کوانتومی ایجاد کند. تیم تحقیقاتی اکنون در حال کار بر روی راستی آزمایی تجربی و نمونه سازی اولیه دستگاه هاست تا بتوانند این فناوری را به مدار های واقعی وارد و در کاربرد های صنعتی استفاده کنند.
آنگ افزود: «هدف نهایی ما توسعه دستگاه های اسپینترونیکی عملیاتی و قابل تولید در مقیاس انبوه است که از لحاظ عملکرد از الکترونیک های مبتنی بر سیلیکون فعلی فراتر روند. این مطالعه نقشه راه ما برای رسیدن به آن هدف را ترسیم می کند.»
با شتاب گرفتن رقابت برای توسعه فناوری های محاسباتی نسل آینده اسپینترونیک تمام الکتریکی می تواند نقشی کلیدی ایفا کند و این پژوهش گامی مهم در این مسیر به شمار می رود.
انتهای پیام/