Komputasi
Bagaimana Spintronik Kiral Dapat Mengubah Komputasi
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
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 karena 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, terutama untuk sistem AI, terus meningkat.
Ada banyak solusi yang diusulkan, dengan komputasi kuantum dan fotonik menjadi opsi paling menonjol untuk mengurangi permintaan komputasi atau membuatnya lebih cepat dan kurang intensif energi.
Lainnya adalah spintronik, yang memanfaatkan spin elektron, sebuah karakteristik kuantum, alih-alih arus listrik (aliran elektron).
Keunggulan dan Potensi Aplikasi Spintronik
Komponen elektronik, seperti transistor, secara tradisional dibuat dari silikon dan bergantung pada semikonduktor. Sinyal 0 dan 1 dalam biner menunjukkan pengaliran atau pemblokiran arus listrik.
Cara alternatif untuk melakukan komputasi adalah melalui perangkat spintronik, yang beroperasi dengan 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 hanya 0 & 1, spin dapat menyimpan lebih banyak data per atom dibandingkan elektronik tradisional.
Spintronik memiliki beberapa keunggulan lain dibandingkan sistem elektronik klasik, notably:
- Data lebih cepat, karena spin dapat diubah jauh lebih cepat.
- Konsumsi energi lebih rendah, karena spin dapat diubah dengan daya yang lebih sedikit dibandingkan yang diperlukan untuk mempertahankan aliran elektron guna menghasilkan arus.
- Logam sederhana dapat digunakan alih-alih bahan semikonduktor yang kompleks.
- Spin kurang volatil dibandingkan status semikonduktor, sehingga penyimpanan data menjadi lebih stabil.
Gesek 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, bahwa kerugian spin dapat dikonversi kembali menjadi magnetisasi, membuat elektronik spintronik lebih hemat energi, atau bahwa spintronik & graphene dapat memberi daya pada sirkuit kuantum generasi berikutnya.
Dan para ilmuwan masih 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 mengontrol spin elektron, yang dapat menciptakan bidang baru yang disebut perangkat “spintronik kiral”.
Mereka mempublikasikan hasil mereka di majalah ilmiah bergengsi Science1, dengan judul “Transport selektif spin melalui nanoheliks feromagnetik kiral”.
Spintronik Kiral
Apa Itu Kiralitas dalam Spintronik?
Dalam alam, simetri adalah fitur fundamental dari banyak hal, termasuk komponen DNA dan cahaya itu sendiri. Mungkin dua molekul yang hampir identik satu sama lain berbeda bukan pada komposisi atau bentuknya, melainkan pada orientasinya, sebuah konsep yang disebut “kiralitas”.
Kiralitas dapat dijelaskan secara 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 yang berlawanan, memungkinkan verifikasi kuantitatif kiralitas, tanpa memerlukan material magnetik berinteraksi kuat dengan cahaya, cara biasanya 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 melewati, sementara spin berlawanan tidak dapat.
“Kiralitas dipahami dengan baik dalam molekul organik, di mana sifat tangan suatu 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 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, tampaknya secara langsung terkait dengan heliks magnetik kiral.
Ini akan menjadi transport spin asimetris pertama yang pernah ditemukan dalam material berskala makro relatif.
Tim juga menunjukkan perangkat solid-state yang menampilkan sinyal konduksi tergantung kiralitas, membuka jalan bagi aplikasi spintronik praktis.
“Nanoheliks ini mencapai polarisasi spin melebihi ~80% — hanya dengan geometri dan magnetismenya,”
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 merancang perilaku elektron menggunakan desain struktural.
Keuntungan lain dari teknologi baru ini adalah proses pembuatannya relatif sederhana dan murah, tidak menggunakan bahan langka atau teknologi kompleks.
“Kami percaya sistem ini dapat menjadi platform untuk spintronik kiral dan arsitektur nanostruktur magnetik kiral.
Pekerjaan ini merupakan konvergensi kuat antara geometri, magnetisme, dan transport spin, dibangun dari material anorganik yang dapat diskalakan.”
Masih banyak pekerjaan yang perlu dilakukan untuk sepenuhnya mengeksplorasi potensi ide dan material baru ini. Misalnya, jumlah heliks (ganda, banyak heliks) dapat dimodifikasi sesuka hati, dan mungkin menghasilkan karakteristik berbeda yang belum ditemukan.
Kemampuan mengontrol sifat tangan (kiri/kanan) bahkan jumlah heliks (ganda, banyak heliks) menggunakan metode elektrokimia yang serbaguna ini diharapkan memberikan kontribusi signifikan pada area aplikasi baru.
Pr. Young Keun Kim – Profesor di Korea University
Antara kemudahan produksi dan kemungkinan transfer spin jarak jauh, ini dapat sangat berguna untuk produksi komputer dan jaringan berbasis spin penuh, dengan keuntungan ekonomi dari konsumsi energi yang lebih rendah dan penyimpanan data yang stabil.
Berinvestasi pada Inovator Spintronik
1. Everspin Technologies
MRAM Grafik Harga
Everspin adalah cabang dari Freescale (sekarang dikenal sebagai NXP, kode 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 sebagai pemimpin teknologi MRAM (Magnetoresistive Random-Access Memory), mewarisi pengalaman Freescale sebagai yang pertama mengomersialkan chip MRAM pada tahun 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 terestrial maupun ekstraterestrial, 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 tahun 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 dirgantara, satelit, perekam data, perangkat pemantauan pasien, dll.
Sumber: Everspin
Pertumbuhan chipset, AI, dan sistem sinaptik juga dapat menjadi dorongan jangka panjang bagi perusahaan.
2. NVE Corporation
NVEC Grafik Harga
Pemimpin lain dalam spintronik, NVE telah mengerjakan teknologi ini sejak paten pertamanya dalam teknologi MRAM pada tahun 1995.
Ia memproduksi sensor dan isolator spintronik, 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 dengan posisi kuat di pasar niche (magnetometer menggunakan spintronik), sementara Everspin lebih sebagai perusahaan memori/komputasi yang bekerja dan bersaing dengan perusahaan seperti Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba, dan Samsung, yang juga mengembangkan produk MRAM mereka sendiri.
Hal ini dapat membuat saham lebih (atau kurang) menarik tergantung pada profil investor, dengan saham NVE lebih cenderung menarik bagi investor konservatif yang mencari dividen dan keamanan.
Studi yang Dirujuk
1. Yoo Sang Jeon, et al. Transport selektif spin melalui nanoheliks feromagnetik kiral. Science. 4 Sep 2025. Vol 389, Issue 6764. pp. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
