Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Spintronics: Enerji tasarruflu elektronikte yeni bir dönüş

07.04.2021
83
Spintronics: Enerji tasarruflu elektronikte yeni bir dönüş

Spintronics‘in gelecek vaat eden alanı, yeni bir küçük ve düşük güçlü elektronik cihaz türü yapmak için elektron spinini manipüle etmeyi amaçlamaktadır. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, spintroniklerin yaygın kullanımını gerçeğe yaklaştırmak için Argonne’un Gelişmiş Foton Kaynağını kullandı.

Bilgisayarlar ve elektronik cihazlar küçüldükçe mühendisler, performansı artırırken cihazların daha da küçülmesini sağlamak için yeni teknolojiler geliştiriyor. Umut verici yeni bir teknoloji, güç kesildiğinde bilgilerini koruyan daha küçük ve daha hızlı cihazlar yapma potansiyeline sahip spintronics’tir. Ortaya çıkan bu teknoloji, elektronik cihazların tasarımında devrim yaratabilir, ancak teknolojinin ana akım haline gelmesi için daha alması gereken uzun bir yolu var.

Artan veri üretimine ayak uydurmak için, elektronik cihazlar küçülmeye ve daha güçlü olmaya devam ederken veri depolama kapasitesi artmıştır. Bununla birlikte, veri üretimi ve depolamadaki bu artış, enerji tüketiminde bağlantılı bir artışa yol açmıştır. Veri merkezleri, sunucuları ve soğutma sistemleri için önemli miktarda elektrik kullanır ve bu merkezler tek başına küresel enerji kullanımının % 1’inden fazlasını oluşturur. Spintronics, mühendislerin daha küçük ve daha hızlı bilgisayarlar ve diğer elektronik cihazlar tasarlamaya devam etmesine izin verirken bu enerji tüketimini azaltma potansiyeline sahiptir.

Spintronics, bilgileri 1’ler ve 0’lar olarak depolamak için elektron yükünü kullanmak yerine, verileri kodlamak için elektron spinini kullanır. Spin, tıpkı yük gibi elektronların bir özelliğidir. Elektronlar, yukarı veya aşağı bir dönüş durumuna sahip olabilir ve bazı özel malzemelerde bu dönüş durumu, elektriğe maruz kaldığında malzeme boyunca hareket edebilir. Döndürme durumunun taşınabilme yeteneği, veri depolama için kullanılmasına izin veren şeydir. Veri depolama için bu spin manipülasyonu yöntemi çok daha az enerji kullanır çünkü bir spin akımı aşırı ısınmaya yol açabilecek dirençle daha az karşılaşır ve bilgi güç kaybıyla birlikte kaybolmaz.

DOE’nin Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki ABD Enerji Bakanlığı Bilim Kullanıcı Tesisi olan Gelişmiş Foton Kaynağını (APS) kullanan araştırmacılar, elektron spinlerini manipüle etmenin ve spintronikler için yeni materyaller geliştirmenin yollarını araştırıyorlar. Son zamanlarda, Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan Chang-Beom Eom liderliğindeki bir araştırma ekibi, dergide bir çalışma yayınladı. Depolama yoğunluğunun üç katı olan ve diğer spintronics cihazlarından çok daha az güç kullanan yeni bir malzeme hakkında.

Bu tür malzemelerin çoğu yoktur, özellikle de bunun gibi oda sıcaklığında çalışanlar. Eom’un malzemesi mükemmelleştirilebilirse, aşırı ısınma eğilimi daha az olan daha verimli elektronik cihazların oluşturulmasına yardımcı olabilir. Bu, özellikle düşük güçlü hesaplama ve hızlı manyetik belleğin gelişimini ilerletmek için önemlidir.

Eom’un tasarladığı yeni yapı, elektronların yüklerini malzeme boyunca hareket ettirmeden spin bilgisinin akışını değiştirmek için kullandığı antiperovskitler adı verilen alışılmadık bir malzeme sınıfına dayanıyor. Eom’un ekibi, işe yarayıp yaramadığını anlamak ve malzemenin yapısını daha iyi anlamak için, malzemenin yapısının hangi noktada değiştiğini görmek için APS’de X-ışını kırınımını kullandı ve bu da gerekli elektronik dönüş düzenlemesinin ortaya çıktığını gösterdi.

Eom, 6-ID-B ışın hattının gücü ve orada çalışan bilim adamlarının uzmanlığı nedeniyle APS’ye geldi.

“APS’de bir hafta içinde bir aylık iş yapabiliriz,” dedi.

APS’nin ışın hattı bilim adamları, tesisin kaynaklarını kullanmak isteyen araştırmacılara uzman tavsiyesi sağlar. Çalışmadan önce, APS ışın hattı bilimcileri Phil Ryan ve Jong-Woo Kim, Eom ile zaman geçirerek, bu yeni malzemeleri laboratuvarında yetiştirirken doğru yapıya ne zaman sahip olduğunu belirlemesine yardımcı oldu.

APS’de Eom’un araştırma ekibiyle işbirliği yapan fizikçi Kim, “Bilimsel bir soruları varsa, bunu tartışır ve soruyu yanıtlamak için APS’de birlikte bir deney tasarlarız” dedi. “Tekniklerimizi ve yeteneklerimizi çok iyi anlıyoruz, böylece deneyin tasarımına katkıda bulunabilir, hatta sohbeti şekillendirebiliriz.”

Bu çalışma için Eom, APS’yi, malzeme oda sıcaklığına doğru soğurken atomik seviyedeki kafes yapısına bakmak için kullandı. X-ışını kırınımı kullanarak, kafes parametresini (temelde atomlar arasındaki mesafeyi) ölçtüler ve malzemenin sıcaklığı değiştikçe atomların ayrılmasını çıkardılar.

Yıllar boyunca bu projede Eom ile birlikte çalışan APS’den bir başka fizikçi olan Ryan, “Bu malzeme oda sıcaklığının biraz üzerinde manyetik bir düzen geliştiriyor” dedi. “Elektron döndükten sonra atomlar birbirlerinden biraz uzağa itilir. Dolayısıyla yapıyı X-ışınları ile doğrudan tespit edemememize rağmen, ortaya çıkışı doğrulamak için bu yapısal değişikliği APS’deki sıcaklıkla izledik ve ölçtük. bu manyetik düzenin. ”

Bu, çalışmada elektronik spinlerin düzenini ölçmek için kullanılan üç teknikten biriydi ve bu veriler, diğer ölçümlerle birlikte, bulguların geçerliliğini sağlamlaştırmaya ve sağlamlaştırmaya yardımcı oldu.

Eom, “Elektronik spinlerin düzenlenmesini ve ayrıca bunların malzeme içerisindeki hareketlerini manipüle etme yeteneği, daha enerji verimli cihazlar için muazzam olasılıklara sahip” dedi. “Bu, nasıl yapılacağını göstermenin ilk adımıdır.”


Daha fazla bilgi:
T. Nan vd. Doğrusal olmayan antiferromanyetizma ile spin akımı polarizasyonunu kontrol etme, Doğa İletişimi (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-17999-4

Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından sağlanmıştır.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.