Elektronikk
Spintronics: Fremtiden for Energivennlig Datamaskiner
Hvordan Spintronics Kan Revolusjonere Datamaskiner
Progressivt begynner verden av hardware-datamaskiner å se bort fra silisium-chiper, eller selv klassiske former for binær datamaskiner helt og holdent. Dette skyldes at de vanlige chipene og minnet i våre datamaskiner og datasentre blir stadig vanskeligere å bygge, med den siste generasjonen havende transistorer bare noen få nanometer i størrelse.
En annen faktor er at energiforbruk blir et problem når etterspørselen etter datamaskinkraft, spesielt for AI-systemer, fortsetter å vokse.
Det finnes mange foreslåtte løsninger, med kvantecomputing og fotonikk som de mest prominente alternativene for å redusere etterspørselen etter datamaskinkraft eller gjøre den raskere og mindre energikrevende.
En annen er spintronics, som utnytter spinn av elektroner, en kvantemekanisk egenskap, i stedet for elektrisk strøm (elektronstrøm).
Forskere arbeider med å gjøre spintronics så effektiv at det kan erstatte en betydelig del av våre datamaskinsbehov.
En nylig vitenskapelig artikkel av forskere ved Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul National University, Kunsan National University (Korea), Yonsei University og Johannes Gutenberg University Mainz (Tyskland) har funnet at spinntap kan konverteres tilbake til magnetisering, noe som gjør spintronics elektronikken enda mer energivennlig.
De publiserte resultater i Nature Communications1, under tittelen “Magnetization switching driven by magnonic spin dissipation”.
En annen nylig oppdagelse av forskere ved Chinese Academy of Sciences, National Synchrotron Radiation Laboratory (Kina), ShanghaiTech University og Beihang University var hvordan man kan bruke feil i spintroniske materialer til å gjøre elektronikken raskere, smartere og mer effektiv.
De publiserte resultater i Nature Materials2, under tittelen “Unconventional scaling of the orbital Hall effect”.
Spintronics Fordeler og Potensielle Anvendelser
Elektroniske komponenter, som transistorer, er tradisjonelt bygget av silisium og avhenger av halvledere. 0- og 1-signalene i binær indikerer passering eller blokkering av en elektrisk strøm.
En alternativ måte å utføre beregninger på er gjennom spintronics-enheter, som kjører på spinn av elektroner (en grunnleggende kvantemekanisk egenskap) i stedet for elektrisk strøm (elektronstrøm).
Source: Insight IAS
Data kan bli kodet i både spinnets vinkelimpuls, som kan forestilles som en innebygd “opp” eller “ned” orientering av elektronen, og orbital vinkelimpuls, som beskriver hvordan elektroner beveger seg rundt atomkjerner.
Fordi dette inneholder mer informasjon enn bare 0 og 1, kan spinn inneholde mer data per atom enn tradisjonell elektronik.
Spintronics har noen andre fordeler over klassiske elektroniske systemer, særlig:
- Raskere data, siden spinn kan endres mye raskere.
- Mindre energiforbruk, siden spinn kan endres med mindre kraft enn det tar å opprettholde en strøm av elektroner for å skape en strøm.
- Enkle metaller kan brukes i stedet for komplekse halvledermaterialer.
- Spinn er mindre flyktig enn halvledertilstanden, noe som gjør datalagring mer stabil.
Swipe to scroll →
| Egenskap | Tradisjonell Elektronikk | Spintronics |
|---|---|---|
| Informasjonsbærer | Elektrisk strøm (0 eller 1) | Elektronspinn (opp/ned) |
| Energivennlig | Høy kraftbehov | Lavere kraftforbruk |
| Hastighet | Begrenset av strømforingen | Raskere spinnswitching |
| Materialer | Komplekse halvledere | Enkle metaller/oksid |
| Datastabilitet | Flyktig lagring | Stabil, ikke-flyktig |
Spintronics brukes allerede til harddisker og har gjort det mulig å øke datalagringskapasiteten over de siste ti årene.
“Spinn er en kvantemekanisk egenskap hos elektroner, som er som en liten magnet båret av elektronene, peker opp eller ned.
Vi kan utnytte spinn av elektroner til å overføre og prosessere informasjon i såkalte spintronics-enheter.”
Talieh Ghiasi – Postdoktorforsker ved Delft University of Technology
