Komputasi
Bagaimana Spintronik Kiral Dapat Mengubah Komputasi
Bagaimana Spintronik Dapat Merevolusi Komputasi
Secara bertahap, dunia komputasi perangkat keras mulai melihat melampaui chip silikon, atau bahkan bentuk komputasi biner klasik secara keseluruhan.
Hal ini disebabkan chip dan memori biasa di komputer serta pusat data kita semakin sulit untuk dibuat, dengan generasi terbaru memiliki transistor yang hanya berukuran beberapa nanometer.
Faktor lain adalah konsumsi energi yang menjadi masalah karena permintaan daya komputasi, khususnya untuk sistem AI, terus meningkat.
Berbagai solusi telah diusulkan, dengan komputasi kuantum dan fotonik menjadi opsi paling menonjol untuk mengurangi permintaan komputasi atau membuatnya lebih cepat dan kurang intensif energi.
Spintronik adalah alternatif lain, yang memanfaatkan spin elektron, sebuah karakteristik kuantum, alih-alih arus listrik (aliran elektron).
Keuntungan dan Potensi Aplikasi Spintronik
Komponen elektronik, seperti transistor, secara tradisional dibangun dari silikon dan bergantung pada semikonduktor. Sinyal 0 dan 1 dalam biner menunjukkan lewat atau terblokirnya arus listrik.
Cara alternatif untuk melakukan komputasi adalah melalui perangkat spintronik, yang beroperasi pada spin elektron (karakteristik kuantum fundamental) alih-alih arus listrik (aliran elektron).
Sumber: Insight IAS
Data dapat dikodekan baik dalam momentum sudut spin, yang dapat dibayangkan sebagai orientasi “atas” atau “bawah” bawaan elektron, maupun momentum sudut orbital, yang menggambarkan bagaimana elektron bergerak mengelilingi inti atom.
Karena ini mengandung lebih banyak informasi daripada sekadar 0 & 1, spin dapat menyimpan lebih banyak data per atom dibandingkan elektronik tradisional.
Spintronik memiliki beberapa keunggulan lain dibandingkan sistem elektronik klasik, antara lain:
- Data lebih cepat, karena spin dapat diubah jauh lebih cepat.
- Konsumsi energi lebih rendah, karena spin dapat diubah dengan daya yang lebih sedikit dibandingkan mempertahankan aliran elektron untuk menghasilkan arus.
- Logam sederhana dapat digunakan alih-alih material semikonduktor yang kompleks.
- Spin kurang volatil dibandingkan status semikonduktor, membuat penyimpanan data lebih stabil.
Geser untuk menggulir →
| Fitur | Elektronik Tradisional | Spintronik |
|---|---|---|
| Pembawa Informasi | Arus listrik (0 atau 1) | Spin elektron (atas/bawah) |
| Efisiensi Energi | Permintaan daya tinggi | Penggunaan daya lebih rendah |
| Kecepatan | Terbatas oleh aliran arus | Penggantian spin lebih cepat |
| Material | Semikonduktor kompleks | Logam/oksida sederhana |
| Stabilitas Data | Penyimpanan volatil | Stabil, non-volatil |
Spintronik telah dikomersialkan dalam kepala pembaca hard drive sejak tahun 1990-an, secara signifikan meningkatkan kepadatan penyimpanan selama beberapa dekade terakhir.
“Spin adalah sifat mekanik kuantum dari elektron, yang seperti magnet kecil yang dibawa oleh elektron, mengarah ke atas atau ke bawah.
Kita dapat memanfaatkan spin elektron untuk mentransfer dan memproses informasi dalam perangkat yang disebut spintronik.”
Talieh Ghiasi – Peneliti Postdoc di Delft University of Technology
Banyak kemajuan terbaru telah dibuat dalam spintronik, misalnya kehilangan spin dapat dikonversi kembali menjadi magnetisasi, membuat elektronik spintronik lebih hemat energi, atau bahwa spintronik & graphene dapat menyokong sirkuit kuantum generasi berikutnya.
Dan ilmuwan terus menemukan metode baru untuk meningkatkan perangkat spintronik, seperti peneliti di Seoul National University (Korea Selatan), Korea University, Korea Institute of Science and Technology, dan Feinberg School of Medicine (AS). Mereka menciptakan nanoheliks magnetik yang dapat mengendalikan spin elektron, yang dapat menciptakan bidang baru yang disebut “spintronik kiral”.
Mereka mempublikasikan hasilnya di majalah ilmiah bergengsi Science1, dengan judul “Spin-selective transport through chiral ferromagnetic nanohelices”.
Spintronik Kiral
Apa Itu Kiralitas dalam Spintronik?
Dalam alam, simetri adalah fitur fundamental banyak hal, termasuk komponen DNA dan cahaya itu sendiri. Mungkin dua molekul yang hampir identik berbeda bukan pada komposisi atau bentuknya, melainkan pada orientasinya, sebuah konsep yang disebut “kiralitas”.
Kiralitas dapat dijelaskan dalam bentuk paling sederhana sebagai cara tangan kiri kita berbeda dari tangan kanan, meskipun kedua tangan identik dalam bentuk, struktur, dan fungsi.
Kiralitas memainkan peran fundamental dalam biologi, dengan seleksi alam secara eksklusif memilih molekul DNA “kanan”, gula, dan asam amino (komponen dasar protein).
Namun, hal ini jarang terjadi pada material anorganik, yang cenderung tidak teratur atau kristal tanpa kiralitas.
Bagaimana Logam Memperoleh Kiralitas untuk Spintronik
Para ilmuwan berhasil menciptakan nanoheliks magnetik kiral tangan kiri dan kanan dengan mengendalikan proses kristalisasi logam secara elektrokimia. Paduan kobalt-berat dipilih karena sifat feromagnetiknya.
Inovasi kunci dalam proses ini adalah penggunaan jejak molekul organik kiral, seperti cinchonine atau cinchonidine, yang membimbing pembentukan heliks.
“Pada logam dan material anorganik, mengendalikan kiralitas selama sintesis sangat sulit, terutama pada skala nano.
Fakta bahwa kami dapat memprogram arah heliks anorganik hanya dengan menambahkan molekul kiral merupakan terobosan dalam kimia material.”
Untuk menunjukkan kiralitas nanoheliks ini, mereka mengukur medan elektromagnetik (EMF) yang dihasilkan oleh heliks di bawah medan magnet berputar.
Ini menciptakan cara mudah untuk menguji apakah material diproduksi dengan benar, karena heliks kiri dan kanan menghasilkan sinyal EMF berlawanan, memungkinkan verifikasi kuantitatif kiralitas tanpa memerlukan material magnetik berinteraksi kuat dengan cahaya, cara biasa untuk memeriksa kiralitas.
Lebih penting lagi, mereka menemukan bahwa logam magnetik kiral ini juga dapat mengarahkan spin secara sesuai: mereka secara preferential memungkinkan satu arah spin lewat, sementara spin berlawanan tidak dapat lewat.
“Kiralitas dipahami dengan baik pada molekul organik, di mana tangan struktur sering menentukan fungsi biologis atau kimianya,”
Potensi Aplikasi Spintronik Kiral
Melalui magnetisasi inheren material (penyelarasan spin), transport spin jarak jauh pada suhu ruang menjadi memungkinkan.
Efek ini terbukti konstan, terlepas dari sudut antara sumbu kiral dan arah injeksi spin. Karena tidak teramati pada nanoheliks non-magnetik dengan skala yang sama, tampaknya terkait langsung dengan heliks magnetik kiral.
Ini akan menjadi transport spin asimetris pertama yang ditemukan dalam material berskala makro relatif.
Tim juga menunjukkan perangkat keadaan padat yang menampilkan sinyal konduksi tergantung kiralitas, membuka jalan bagi aplikasi spintronik praktis.
“Nanoheliks ini mencapai polarisasi spin melebihi ~80% — hanya karena geometri dan magnetisme mereka,”
Ini merupakan kombinasi langka antara kiralitas struktural dan feromagnetisme intrinsik, memungkinkan penyaringan spin pada suhu ruang tanpa rangkaian magnetik kompleks atau kriogenik, dan menyediakan cara baru untuk merekayasa perilaku elektron menggunakan desain struktural.”
Keuntungan lain dari teknologi baru ini adalah proses pembuatannya relatif sederhana dan murah, tanpa bahan langka atau teknologi kompleks.
“Kami percaya sistem ini dapat menjadi platform untuk spintronik kiral dan arsitektur nanostruktur magnetik kiral.
Pekerjaan ini mewakili konvergensi kuat antara geometri, magnetisme, dan transport spin, dibangun dari material anorganik yang dapat diskalakan.”
Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk sepenuhnya mengeksplorasi potensi ide dan material baru ini. Misalnya, jumlah heliks (ganda, bermultiple) dapat dimodifikasi sesuka hati, dan mungkin menghasilkan karakteristik berbeda yang belum ditemukan.
Kemampuan mengendalikan tangan (kiri/kanan) bahkan jumlah heliks (ganda, bermultiple) menggunakan metode elektrokimia serbaguna ini diharapkan memberikan kontribusi signifikan pada area aplikasi baru.
Antara kemudahan produksi dan kemungkinan transfer spin jarak jauh, hal ini dapat sangat berguna untuk produksi komputer dan jaringan berbasis spin penuh, dengan keuntungan ekonomi dari konsumsi energi lebih rendah dan penyimpanan data yang stabil.
Berinvestasi pada Inovator Spintronik
1. Everspin Technologies
(MRAM )
Everspin adalah cabang dari Freescale (sekarang dikenal sebagai NXP, ticker saham NXPI) yang didedikasikan untuk mengembangkan sistem memori MRAM, bentuk spintronik paling umum yang secara komersial layak saat ini. Perusahaan ini dipisahkan dan go public pada tahun 2016.
Everspin dianggap pemimpin teknologi MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory), mewarisi pengalaman Freescale sebagai yang pertama mengkomersialkan chip MRAM pada 2006.
Karena MRAM adalah memori yang tetap ada bahkan tanpa arus, ia semakin banyak digunakan dalam kasus penggunaan sensitif di mana data kritis terlalu penting untuk berisiko hilang.
Didorong oleh aplikasi luas seperti analitik data, komputasi awan, baik di bumi maupun luar angkasa, kecerdasan buatan (AI), dan Edge AI, termasuk Industrial IoT, pasar memori persisten diproyeksikan tumbuh dengan CAGR 27,5% antara 2020 dan 2030
Sumber: Everspin
Perusahaan memperkirakan pasar akan mencapai ukuran $7,4 Miliar pada 2027. Perusahaan tidak memiliki hutang dan memiliki arus kas bebas positif sejak 2021.
Produk MRAM Everspin saat ini menempati ceruk kecil namun berkembang, melayani pasar di mana keandalan sangat penting, seperti aerospace, satelit, perekam data, perangkat pemantauan pasien, dll.
Sumber: Everspin
Pertumbuhan chipset, AI, dan sistem sinaptik mungkin juga menjadi dorongan jangka panjang bagi perusahaan.
2. NVE Corporation
(NVEC )
Pemimpin lain dalam spintronik, NVE telah bekerja pada teknologi ini sejak paten pertamanya dalam teknologi MRAM pada 1995. Ia memproduksi sensor spintronik dan isolator, kebanyakan digunakan dalam sistem pengukuran dan sensor untuk mobil, gear, perangkat medis, catu daya, dan perangkat industri lainnya.
Sumber: NVE
Hal ini menempatkan NVE dalam kategori yang agak berbeda dibandingkan Everspin, dengan NVE lebih sebagai perusahaan industri yang memiliki posisi kuat di pasar niche (magnetometer menggunakan spintronik), sementara Everspin lebih sebagai perusahaan memori/komputasi yang bersaing dengan Intel, Qualcomm, Toshiba, dan Samsung, yang juga mengembangkan produk MRAM mereka sendiri.
Hal ini dapat membuat sahamnya lebih (atau kurang) menarik tergantung pada profil investor, dengan saham NVE lebih mungkin menarik bagi investor konservatif yang mencari dividen dan keamanan.
Studi yang Dirujuk
1. Yoo Sang Jeon, et al. Spin-selective transport through chiral ferromagnetic nanohelices. Science. 4 Sep 2025. Vol 389, Issue 6764. pp. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
