Ultimate magazine theme for WordPress.

فیزیکدانان “چرخش” جدیدی را در حافظه ارائه می دهند

0

فیزیکدانان “چرخش” جدیدی را در حافظه ارائه می دهند

 

فیزیکدانان "چرخش" جدیدی را در حافظه ارائه می دهند
با استفاده از اشعه X متمرکز ، محققان می توانند در داخل نمونه ای از محل اتصال تونل مغناطیسی نگاه کنند و آرایش اتم ها را در لایه های نازک حل کنند. اعتبار: ویگانگ وانگ ، دانشگاه آریزونا

فیزیکدانان “چرخش” جدیدی را در حافظه ارائه می دهند تصور کنید یک ساندویچ کره بادام زمینی گاز گرفته اید و یک برش پنیر جاسازی شده بین نان و کره را کشف می کنید. به نوعی ، این اتفاقی است که برای تیمی از فیزیکدانان دانشگاه آریزونا رخ داده است ، به جز “پنیر” یک لایه اکسید آهن بود ، ضخامت کمتر از یک لایه اتمی ، و “ساندویچ” یک اتصال تونل مغناطیسی بود – ساختار کوچک و لایه ای از مواد عجیب و غریب که روزی ممکن است جایگزین ترانزیستورهای رایانه ای مبتنی بر سیلیکون شود و انقلابی در محاسبات ایجاد کند. اکسید آهن – ماده ای مربوط به آنچه معمولاً به عنوان زنگ زدگی شناخته می شود – هنگامی که ضخامت آن به ضخامت اتمهای مجزا نزدیک می شود ، خواص عجیب و غریب از خود نشان می دهد.

تیمی به سرپرستی ویگانگ وانگ ، استاد گروه فیزیک UArizona ، در یک مطالعه جدید پیشنهاد کردند که موارد ناشناخته قبلی لایه مسئول رفتارهای خاصی از کلاس مغناطیسی اتصالات تونل که سالها فیزیکدانان را متحیر می کرد. این کشف که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است ، امکاناتی غیرمنتظره را برای توسعه بیشتر این فناوری فراهم می کند.

برخلاف میکرو ترانزیستورهای معمولی ، اتصالات تونل مغناطیسی از بار الکتریکی الکترون برای ذخیره اطلاعات استفاده نمی کنند ، اما از ویژگی مکانیکی کوانتومی که الکترون ها دارد استفاده می شود که از آن به عنوان “چرخش” یاد می شود. فناوری محاسباتی مبتنی بر اتصالات تونل مغناطیسی که به عنوان اسپینترونیک شناخته می شود ، هنوز در مرحله آزمایش است و کاربردهای آن بسیار محدود است. به عنوان مثال ، از این فناوری در هواپیماها و دستگاه های حافظه برای محافظت از داده های ذخیره شده در برابر قطع ناگهانی برق استفاده می شود.

این امکان وجود دارد زیرا اتصالات تونل مغناطیسی با تغییر جهت گیری آهن ربا در مقیاس نانو به جای حرکت دادن الکترونها به اطراف مانند ترانزیستورهای معمولی ، اطلاعات را پردازش و ذخیره می کنند.

“منگ ​​خو ، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه وانگ و اولین نویسنده در این زمینه گفت:” هنگامی که جهت مغناطیسی را برمی گردانید ، یک اتصال تونل مغناطیسی مانند یک ترانزیستور رفتار می کند زیرا “روشن” است یا “خاموش”. کاغذ. “یکی از مزایای آن این است که همانطور که آن را در آن حالت نگه دارید ، هیچ انرژی برای نگهداری اطلاعات ذخیره شده مصرف نمی کند.”

اگرچه اتصالات تونل مغناطیسی با کارایی بالا حدود ۲۰ سال است که وجود دارد ، اما دانشمندان از این واقعیت متحیر شده اند که هر زمان تفاوت بین حالت “روشن” و “خاموش” را اندازه گیری می کنند ، مقادیر بسیار پایین تر از مقدار خواص فیزیکی این سوئیچهای در اندازه نانو پیش بینی می کند ، و پتانسیل اتصالات تونل مغناطیسی را به عنوان عناصر سازنده محاسبات spintronic محدود می کند.

این رمز و راز را می توان با لایه نازکی از اکسید آهن توضیح داد که وانگ و همکارانش در رابط بین دو لایه مغناطیسی در نمونه های اتصال تونل مغناطیسی خود کشف کردند – “قطعه پنیر” در تشبیه ساندویچ.

“ما فکر می کنیم که این لایه به عنوان یک آلاینده عمل می کند ، و مانع از این می شود که نمونه ما عملکردی را که می خواهیم از محل اتصال تونل مغناطیسی ببینیم ، بدست آورد.” / وانگ

فیزیکدانان "چرخش" جدیدی را در حافظه ارائه می دهند
نمونه ای از محل اتصال تونل مغناطیسی متراکم. اعتبار: ویگانگ وانگ ، دانشگاه آریزونا

با این حال ، وانگ می گوید این یافته ها یک مدال دو وجهی است ، زیرا در حالی که لایه پیش بینی نشده با کاهش تغییر مقاومت در حالت “روشن” و “خاموش” ، چشم انداز اتصالات تونل مغناطیسی را کاهش می دهد ، خبر خوب در که فرصتهای غیرمنتظره ای را در زمینه دیگری از spintronics باز می کند.

گروه وانگ هنگام آزمایش اتصالات تونل در دمای بسیار سرد زیر منفی ۴۰۰ درجه فارنهایت یا منفی ۲۴۵ درجه سانتیگراد ، کشف کردند که این لایه مانند یک ضد اصطلاح مغناطیس رفتار می کند.

مغناطیس های ضد فروم تحت تحقیقات فشرده ای قرار دارند زیرا می توان آنها را به طور بالقوه در فرکانس های تراهرتز ، تقریباً ۱۰۰۰ برابر سریعتر از فناوری موجود و مبتنی بر سیلیکون ، که معمولاً در منطقه گیگاهرتز کار می کند ، دستکاری کرد. با این حال ، تاکنون ، محققان با یافتن راه هایی برای دستکاری دستگاه های امیدوار کننده تلاش کرده اند ، اولین گام اساسی در استفاده از این فناوری در ذخیره سازی داده ها.

“در چند مورد ، محققان موفق شدند مواد ضد فرومغناطیسی وانگ گفت: “به طور جداگانه ،” اما به محض اینکه بخواهید یک لایه ضد فرو مغناطیسی را به یک اتصال تونل مغناطیسی وارد کنید – و این همان کاری است که باید انجام دهید تا بتوانید از آنها برای اسپینترونیک استفاده کنید – این مسئله کلی را می کشد ” / p>

تیم وانگ دریافت که لایه گزارش شده در این مطالعه هرگز نیست. وانگ گفت که برای اولین بار ، این ممکن است به محققان اجازه دهد با مزایای آهن ربا ضد مغناطیسی – سرعت خواندن و نوشتن بی سابقه – با قابلیت کنترل اتصالات تونل مغناطیسی ، ازدواج کنند.

“با این مطالعه ، ما برای اولین بار نشان دادیم که می توانیم خاصیت ضد فرومغناطیسی اتصال تونل مغناطیسی را با استفاده از یک میدان الکتریکی تغییر دهیم ، که این امر ما را یک قدم به سمت استفاده از اسپینترونیک ضد مغناطیسی برای ذخیره سازی حافظه نزدیک می کند.” / p> وانگ گفت:

به همین دلیل است: در حالی که استفاده از چرخش در آهن ربا برای پردازش اطلاعات سرعت محاسبات را بسیار افزایش می دهد ، در نهایت این اطلاعات باید به یک بار الکتریکی تبدیل شوند.

“هر اطلاعاتی که ما در چرخش رمزگذاری می کنیم ، مهم نیست که ضد مغناطیسی یا مغناطیسی باشد ، ما در نهایت می خواهیم به عنوان یک سیگنال الکتریکی بخوانیم زیرا الکترون واقعاً بهترین چیزی است که داریم و محبوب ترین رسانه برای پردازش ، خواندن و نوشتن است. اطلاعات ، “او گفت. “این تبدیل به طور معمول توسط اتصالات تونل مغناطیسی انجام می شود.”

فیزیکدانان "چرخش" جدیدی را در حافظه ارائه می دهند
یک شماتیک ساده از یک اتصال تونل مغناطیسی که در آن یک مانع تونل غیر مغناطیسی بین دو لایه مغناطیسی قرار گرفته است ، که چرخش آن در یک جهت واحد قرار دارد. اعتبار: ویگانگ وانگ ، دانشگاه آریزونا

ترکیب لایه های ضد فرومغناطیسی در اتصالات تونل مغناطیسی ممکن است روزی اجازه دهد مهندسین برای طراحی رایانه هایی که در آنها پردازش اطلاعات در همان مکان ذخیره اطلاعات مانند مغز انسان انجام می شود. به گفته وانگ ، دستگاه های Spintronic مزیت دیگری نسبت به ترانزیستورهای معمولی دارند: آنها فقط برای نگهداری اطلاعات ذخیره شده در حافظه به انرژی نیاز ندارند.

“با spintronics ، شما فقط برای نوشتن اطلاعات به قسمت الکتریکی نیاز دارید ، اما پس از اتمام این کار ، می توانید برای کاهش مصرف انرژی ، آن را خاموش کنید. وانگ گفت ، از سوی دیگر ، ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون از اثری معروف به نشت الکترون رنج می برند. از آنجا که تولیدکنندگان بیشتر و بیشتر ترانزیستورها را به مناطق کوچکتر ریزپردازنده ها می رسانند ، الکترون های بیشتری از بین می روند و دستگاه برای انجام کارهای اضافی و مصرف انرژی اضافی فقط برای مقابله با این فرآیند نیاز دارد. وانگ گفت ، نشت الکترون یکی از دلایلی است که پیش بینی می شود قانون مور – که هر دو سال تعداد ترانزیستورهای تراشه را دو برابر می کند – به زودی پایان می یابد.

در دستگاه های اسپینترونیک ، نشتی مسئله ای نیست. آنها می توانند اطلاعات را به طور نامحدود و بدون مصرف انرژی ذخیره کنند.

“او به همین دلیل است که آهنرباهای یخچال شما می توانند برای مدت طولانی در جای خود بمانند.” “هنگامی که فعل و انفعال مکانیکی کوانتوم انجام شد ، برای حفظ جهت مغناطیس ، نیازی به ورودی انرژی نیست.”

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.