computing
Bagaimana Spintronik Kiral Dapat Mengubah Komputasi
Securities.io mempertahankan standar editorial yang ketat dan dapat menerima kompensasi dari tautan yang ditinjau. Kami bukan penasihat investasi terdaftar dan ini bukan nasihat investasi. Silakan lihat pengungkapan afiliasi.
Bagaimana Spintronik Dapat Merevolusi Komputasi
Secara progresif, dunia komputasi perangkat keras mulai melihat melampaui chip silikon, atau bahkan bentuk klasik komputasi biner secara keseluruhan.
Hal ini dikarenakan chip dan memori yang biasa digunakan dalam komputer dan pusat data kita semakin sulit dibuat, karena generasi terbaru hanya memiliki transistor berukuran beberapa nanometer saja.
Faktor lainnya adalah bahwa konsumsi energi menjadi masalah karena permintaan daya komputasi, khususnya untuk sistem AI, terus meningkat.
Ada banyak solusi yang diusulkan, dengan komputasi kuantum dan fotonik menjadi pilihan yang paling menonjol untuk mengurangi permintaan komputasi atau membuatnya lebih cepat dan lebih hemat energi.
Yang lainnya adalah spintronik, yang memanfaatkan spin elektron, karakteristik kuantum, alih-alih arus listrik (aliran elektron).
Keuntungan dan Potensi Aplikasi Spintronik
Komponen elektronik, seperti transistor, secara tradisional terbuat dari silikon dan bergantung pada semikonduktor. Sinyal 0 dan 1 dalam biner menunjukkan mengalirnya atau terblokirnya arus listrik.
Cara alternatif untuk melakukan komputasi adalah melalui perangkat spintronik, yang berjalan berdasarkan spin elektron (karakteristik kuantum fundamental) dan bukan berdasarkan arus listrik (aliran elektron).
Sumber: Wawasan IAS
Data dapat dikodekan dalam momentum sudut spin, yang dapat dibayangkan sebagai orientasi “atas” atau “bawah” bawaan elektron, dan momentum sudut orbital, yang menggambarkan bagaimana elektron bergerak mengelilingi inti atom.
Karena ini berisi lebih banyak informasi daripada sekadar 0 & 1, spin dapat berisi lebih banyak data per atom daripada elektronik tradisional.
Spintronik memiliki beberapa keunggulan lain dibandingkan sistem elektronik klasik, terutama:
- Data lebih cepat, karena putaran dapat diubah jauh lebih cepat.
- Konsumsi energi yang lebih sedikit, karena putaran dapat diubah dengan daya yang lebih kecil dari yang diperlukan untuk mempertahankan fluks elektron untuk menghasilkan arus.
- Logam sederhana dapat digunakan sebagai pengganti bahan semikonduktor kompleks.
- Spin kurang stabil dibandingkan status semikonduktor, membuat penyimpanan data lebih stabil.
Geser untuk menggulir →
| Fitur | Elektronik Tradisional | Spintronika |
|---|---|---|
| Pembawa Informasi | Arus listrik (0 atau 1) | Putaran elektron (naik/turun) |
| Efisiensi energi | Permintaan daya tinggi | Penggunaan daya yang lebih rendah |
| Kecepatan | Dibatasi oleh aliran arus | Peralihan putaran lebih cepat |
| bahan | Semikonduktor kompleks | Logam/oksida sederhana |
| Stabilitas Data | Penyimpanan volatil | Stabil, tidak mudah menguap |
Spintronik telah dikomersialkan di kepala pembaca hard drive sejak tahun 1990-an, secara signifikan meningkatkan kepadatan penyimpanan selama beberapa dekade terakhir.
“Spin adalah sifat mekanika kuantum elektron, yang seperti magnet kecil yang dibawa oleh elektron, menunjuk ke atas atau ke bawah.
Kita dapat memanfaatkan putaran elektron untuk mentransfer dan memproses informasi dalam apa yang disebut perangkat spintronik.”
Talieh Ghiasi – Peneliti Postdoc di Universitas Teknologi Delft
Kemajuan yang sangat pesat telah dicapai dalam bidang spintronik, misalnya, Kehilangan spin dapat diubah kembali menjadi magnetisasi, membuat elektronik spintronik menjadi lebih hemat energi, atau itu spintronik dan grafena bisa mendukung sirkuit kuantum generasi berikutnya.
Para ilmuwan masih terus menemukan metode baru untuk menyempurnakan perangkat spintronik, seperti yang dilakukan para peneliti di Universitas Nasional Seoul (Korea Selatan), Universitas Korea, Institut Sains dan Teknologi Korea, dan Fakultas Kedokteran Feinberg (AS). Mereka menciptakan nanoheliks magnetik yang dapat mengendalikan spin elektron, yang dapat menciptakan bidang baru yang disebut perangkat "spintronik kiral".
Mereka menerbitkan hasil penelitian mereka di majalah ilmiah bergengsi Science1, dengan judul “Transportasi selektif spin melalui nanoheliks feromagnetik kiral".
Spintronik Kiral
Apa itu Kiralitas dalam Spintronik?
Di alam, simetri merupakan fitur fundamental dari banyak hal, termasuk komponen DNA dan cahaya itu sendiri. Ada kemungkinan bahwa dua molekul yang hampir identik satu sama lain berbeda bukan dalam komposisi atau bentuknya, melainkan dalam orientasinya, sebuah konsep yang disebut "kiralitas".
Kiralitas dapat dijelaskan dalam bentuknya yang paling sederhana sebagai cara tangan kiri kita berbeda dari tangan kanan kita, meskipun kedua tangan itu identik dalam bentuk, struktur, dan fungsinya.
Kiralitas memainkan peran mendasar dalam biologi, dengan seleksi alam yang telah memilih secara eksklusif molekul DNA “tangan kanan”, gula, dan asam amino (komponen dasar protein).
Akan tetapi, hal ini jarang terjadi pada bahan anorganik, yang cenderung tidak teratur atau berbentuk kristal tanpa kiralitas.
Bagaimana Logam Mendapatkan Kiralitas untuk Spintronik
Para ilmuwan berhasil menciptakan nanoheliks magnetik kiral tangan kiri dan tangan kanan dengan mengendalikan proses kristalisasi logam secara elektrokimia. Paduan kobalt-besi dipilih karena sifat feromagnetiknya.
Inovasi utama dalam proses ini adalah penggunaan sejumlah kecil molekul organik kiral, seperti sinkonin atau sinkonidin, yang memandu pembentukan heliks.
“Pada logam dan bahan anorganik, mengendalikan kiralitas selama sintesis sangatlah sulit, terutama pada skala nano.
Fakta bahwa kita 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 yang berputar.
Hal ini menciptakan cara mudah untuk menguji apakah material diproduksi dengan benar, karena heliks kiri dan kanan menghasilkan sinyal EMF yang berlawanan, yang memungkinkan verifikasi kuantitatif kiralitas, tidak mengharuskan material magnetik berinteraksi kuat dengan cahaya, cara yang biasa dilakukan untuk memeriksa kiralitas.
Yang lebih penting, mereka menemukan bahwa logam magnetik kiral ini juga dapat mengarahkan putaran sesuai kebutuhan: mereka lebih suka membiarkan satu arah putaran lewat, sedangkan putaran yang berlawanan tidak bisa.
“Kiralitas dipahami dengan baik dalam molekul organik, di mana keberpihakan suatu struktur sering menentukan fungsi biologis atau kimianya,”
Potensi Aplikasi Spintronik Kiral
Melalui magnetisasi bawaan material (penyelarasan spin), transportasi spin jarak jauh pada suhu ruangan menjadi mungkin.
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, efek ini tampaknya berkaitan langsung dengan heliks magnetik kiral.
Ini akan menjadi penemuan pertama transpor spin asimetris dalam material berskala relatif makro.
Tim juga mendemonstrasikan perangkat solid-state yang menunjukkan sinyal konduksi bergantung pada kiralitas, yang membuka jalan bagi aplikasi spintronik praktis.
“Nanohelis ini mencapai polarisasi spin yang melebihi ~80% — hanya karena geometri dan magnetismenya,”
Ini adalah kombinasi langka antara kiralitas struktural dan feromagnetisme intrinsik, yang memungkinkan penyaringan spin pada suhu ruangan tanpa sirkuit 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, tidak menggunakan bahan langka atau teknologi rumit.
“Kami yakin sistem ini dapat menjadi platform untuk spintronik kiral dan arsitektur nanostruktur magnetik kiral.
Karya ini merupakan representasi dari konvergensi kuat antara geometri, magnetisme, dan transportasi spin, yang dibangun dari material anorganik yang dapat diskalakan.”
Masih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan untuk mengeksplorasi potensi ide dan material baru ini secara menyeluruh. Misalnya, jumlah untai (heliks ganda, banyak) dapat dimodifikasi sesuai keinginan, dan mungkin menghasilkan karakteristik berbeda yang belum ditemukan.
Kemampuan untuk mengendalikan tangan (kiri/kanan) dan bahkan jumlah untaian (ganda, heliks ganda) menggunakan metode elektrokimia serbaguna ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap area aplikasi baru.
Di antara kemudahan produksi dan kemungkinan transfer putaran jarak jauh, ini bisa sangat berguna untuk produksi komputer dan jaringan berbasis putaran penuh, dengan keuntungan ekonomi dari konsumsi energi yang lebih rendah dan penyimpanan data yang stabil.
Berinvestasi pada Inovator Spintronik
1. Teknologi Everspin
(MRAM )
Everspin adalah cabang Freescale (sekarang dikenal sebagai NXP, dengan kode saham NXPI) yang didedikasikan untuk mengembangkan sistem memori MRAM, bentuk spintronik paling umum yang layak secara komersial saat ini. Everspin kemudian dipisah dan go public pada tahun 2016.
Everspin dianggap sebagai pemimpin teknologi MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory), mewarisi pengalaman Freescale dalam menjadi yang pertama mengkomersialkan chip MRAM pada tahun 2006.
Karena MRAM merupakan memori yang tetap ada bahkan saat tidak ada arus listrik, MRAM semakin banyak digunakan dalam kasus penggunaan sensitif di mana data krusial terlalu penting untuk berisiko hilang.
Didorong oleh aplikasi yang tersebar luas seperti analisis data, komputasi awan, baik terestrial maupun ekstraterestrial, kecerdasan buatan (AI), dan Edge AI, termasuk Industrial IoT, pasar memori persisten diproyeksikan tumbuh pada CAGR sebesar 27.5% antara tahun 2020 dan 2030.
Sumber: berputar selamanya
Perusahaan memperkirakan pasar akan mencapai ukuran $7.4 miliar pada tahun 2027. Perusahaan tidak memiliki utang dan arus kas bebas positif sejak tahun 2021.
Produk MRAM Everspin saat ini menempati ceruk yang kecil tetapi terus berkembang, melayani pasar di mana keandalan sangat penting, seperti kedirgantaraan, satelit, perekam data, perangkat pemantauan pasien, dll.
Sumber: berputar selamanya
Pertumbuhan chipset, AI, dan sistem sinaptik mungkin juga menjadi dorongan jangka panjang bagi perusahaan.
2. Perusahaan NVE
(NVEC )
Pemimpin spintronics lainnya, NVE telah mengerjakan teknologi ini sejak paten pertama teknologi MRAM pada tahun 1995Ini menghasilkan spintronik sensor dan isolator, sebagian besar digunakan dalam sistem pengukuran dan sensor untuk mobil, roda gigi, peralatan medis, catu daya, dan perangkat industri lainnya.
Sumber: NVE
Hal ini menempatkan NVE dalam kategori yang agak berbeda dibandingkan Everspin, dengan NVE lebih merupakan perusahaan industri dengan posisi kuat di pasar khusus (magnetometer menggunakan spintronik), sementara Everspin lebih merupakan perusahaan memori/komputasi yang bekerja sama dan bersaing dengan perusahaan seperti Intel, Qualcomm, Toshiba, dan Samsung, yang juga mengembangkan produk MRAM mereka sendiri.
Hal itu dapat membuat saham lebih (atau kurang) menarik tergantung pada profil investor, dengan saham NVE lebih mungkin menarik bagi investor yang lebih konservatif yang mencari hasil dividen dan keamanan.
Studi yang Direferensikan
1. Yoo Sang Jeon, Et al. Transportasi selektif spin melalui nanoheliks feromagnetik kiral. Ilmu. 4 September 2025. Vol 389, Edisi 6764. pp. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
