Исследователи показывают важность систем наночастиц для новых высокоскоростных устройств

Впервые ученые доказали новый метод для выполнения функций, жизненно важных для будущих вычислений, на три порядка быстрее, чем существующие коммерческие устройства. Команда, возглавляемая доцентом Шинобу Охья, разработала наноразмерное спинтронное полупроводниковое устройство, которое может частично переключаться между определенными магнитными состояниями триллион раз в секунду (терагерц-ТГц), значительно превышая частоты современных устройств.

Изображения в трансмиссионном электронном микроскопе наночастиц MnAs в GaAs. (Изображение предоставлено: © 2019 Ohya Laboratory)

Существует большая вероятность, что человек когда-либо купил смартфон или компьютер когда-нибудь за последние десять лет. Прочитав описание, они могли видеть, что скорость таких устройств в основном измеряется в гигагерцах (ГГц). В настоящее время большинство устройств составляют около нескольких гигагерц. Но ускоренные пути прогресса и новые пути используются для повышения частоты и производительности устройств. Чтобы найти решение, ученые из Высшей школы инженерии Токио и Высшей школы пограничных наук изучают перспективную область спинтроники.

Я надеюсь, что наши исследования приведут к созданию логики и запоминающих устройств на основе спинтроники . В течение десятилетий люди должны увидеть смартфоны и дата-центры Spintronic. Мы могли бы добиться невероятного прироста производительности в таких областях, как искусственный интеллект и другие.

Синобу Охья, доцент Токийского университета.

Spintronics, также известная как «спиновая электроника», манипулирует внутренним свойством электронов, известным как спин, – ответственным за магнитное поведение – для выполнения функций. Например, вычисление зависит от переключаемых состояний физического материала как средства передачи информации. Примечательно, что двоичные коды, содержащие 1 и 0, характеризуются магнитными состояниями магнитного металла в жестком диске или уровнями напряжения в проводах связи. Чем быстрее происходит переключение между состояниями, тем выше производительность устройства. В устройствах спинтроники дискретные состояния спиновой намагниченности означают двоичные цифры.

Один из способов, которым ученые придают это свойство, состоит в том, чтобы облучать определенный магнитный материал короткими, но высокочастотными импульсами терагерцового излучения, такими как сканеры тела аэропорта. Излучение переворачивает электронные спины в этом материале – ферромагнитном арсениде марганца (MnAs) – и, следовательно, его намагниченность менее чем за пикосекунду на три порядка быстрее, чем транзисторы переключаются в микрочипах. Другие ученые пытались сделать это раньше, но магнитное отклонение в ответ на импульсы составляло всего 1%, что слишком мало для использования в реальных условиях.

В настоящее время, однако, Ohya и его команда эффективно показали большее изменение величины намагниченности наночастиц MnAs, подвергшихся воздействию терагерцевых импульсов. Этот лучший ответ в 20% означает, что он может быть более полезным в исследованиях и предлагает вероятные будущие применения. Их хитрость заключалась в том, чтобы использовать электрический компонент терагерцового электромагнитного излучения вместо магнитного компонента.

До сих пор исследователи в этой области использовали ферромагнитные металлические пленки для изучения терагерцовой модуляции намагниченности, но они препятствовали энергии излучения . Вместо этого мы внедрили наши ферромагнитные наночастицы в полупроводниковую пленку толщиной 100 нанометров. Это намного меньше препятствует излучению, поэтому электрическое поле в терагерцовом диапазоне равномерно достигает и переворачивает спины и, следовательно, намагниченность наночастиц.

Синобу Охья, доцент Токийского университета.

Source link