Rozwój elektroniki nowej generacji dzięki spintronice
Zespół fizyków z pięciu europejskich uniwersytetów opracował sposób wykorzystania prądu spinowego do przetwarzania informacji bez konieczności transportu ładunków elektrycznych. Badania przeprowadzone w ramach finansowanego przez UE projektu INSPIN umożliwiły poczynienie dużych postępów w nowo powstającej dziedzinie spintroniki (badającej właściwości spinu elektronu), co może przyczynić się do opracowania nowych alternatyw dla konwencjonalnej elektroniki w przyszłości. Magnony, kwazicząstki związane ze wzbudzeniami materiałów magnetycznych zwanymi falami spinowymi, mogą być interesującymi potencjalnymi nośnikami informacji, ponieważ charakteryzują się niskim poziomem rozproszenia energii. Nowy sposób przenoszenia informacji Zespół INSPIN spędził ostatnie trzy lata na szukaniu sposobów wykrywania, manipulowania i przenoszenia prądów spinowych wewnątrz izolatorów magnetycznych. „Magnon (…) zachowuje się jak cząsteczka, choć faktycznie jest on falą, co oznacza, że może być nośnikiem informacji” – mówi Arne Brataas, koordynator projektu i profesor fizyki na Norweskim Uniwersytecie Nauki i Technologii. „Poprzez manipulację parametrów tej fali możemy zmieniać sposób kontrolowania i przenoszenia informacji”. Aby to zadziałało, ten nowy rodzaj spintroniki w izolatorze musi być zintegrowany z konwencjonalną elektroniką. Znalezienie odpowiedniego interfejsu między izolatorem a metalem było zatem kluczowe. „Największym wyzwaniem było przekształcenie sygnału elektrycznego w sygnał spinowy wewnątrz izolatora i związany z tym proces wyodrębnienia tego sygnału – jak przekazać sygnał do wewnątrz i na zewnątrz” – mówi prof.. Brataas. „Było to trudne, ponieważ na początku projektu nie wiedzieliśmy, który mechanizm odpowiedzialny za przekazywanie informacji z ładunku elektrycznego do spinu był dominujący”. Zespół zbadał również, czy różne kombinacje materiałów wpływają na skuteczność tej konwersji. „Zbadaliśmy wiele różnych rodzajów materiałów, ale odkryliśmy, że konwersja jest dość solidna, więc nie zależy aż tak bardzo od typu materiału” – mówi prof.. Brataas. Mniej ciepła Nowy sposób przekazywania informacji wiąże się z bardzo małym rozproszeniem energii, co jest bardzo znaczące. W przypadku konwencjonalnej elektroniki bazującej na ładunkach elektrycznych, im mniejszy rozmiar urządzenia, tym trudniej uniknąć jego przegrzania. „Jednym z naszych celów jest znalezienie sposobów przetwarzania informacji, które generują mniej ciepła” – mówi prof. Brataas. „Jeśli więc możemy zapewnić niski pobór energii, oznacza to, że możemy wygenerować sygnały bez generowania dużej ilości ciepła”. Po trzech latach od rozpoczęcia projektu zespół INSPIN osiągnął swój główny cel polegający na wykorzystaniu zupełnie innej jednostki do przenoszenia informacji, tworząc tranzystor, którego działanie opiera się całkowicie na spinie elektronu. Mimo że projekt INSPIN już się zakończył, naukowcy będą nadal zgłębiać tę dziedzinę nauki i dalej rozwijać to, co według nich może potencjalnie zrewolucjonizować technologię w przyszłości.
Słowa kluczowe
INSPIN, spintronika, prąd spinowy, magnony, izolatory magnetyczne, rozproszenie energii
