Pagkontrol ng Elektronika sa Pamamagitan ng Photoexcitation – Magdadala ba ang Magnetite ng mga Susunod na Henerasyon ng mga Device?

Ang Potensyal ng Spintronics

Electronic components like transistors are traditionally built out of silicon and rely on semiconductors. The 0 and 1 signals in binary indicate the passing or blocking of an electric current. An alternative way to perform computation is spintronics devices that run on the spin of electrons (a fundamental quantum characteristic) rather than electric current (flow of electrons).

May ilang mga kalamangan ang Spintronics kumpara sa tradisyunal na mga elektronikong sistema, notably:

• Mas mabilis na datos, dahil ang spin ay maaaring baguhin nang mas mabilis.
• Mas kaunting konsumo ng enerhiya, dahil ang spin ay maaaring baguhin gamit ang mas kaunting kapangyarihan kumpara sa pagpapanatili ng daloy ng mga electron para lumikha ng kuryente.
• Maaaring gamitin ang simpleng mga metal sa halip na kumplikadong mga materyales na semiconductor.

Spintronics is notably used for hard drives and has allowed storage capacity to grow over the last decade.

A material already used in spintronics is magnetite, a naturally occurring mineral made of oxygen and two forms of iron at different levels of oxidation.

Pinagmulan: Britannica

Sa kabila ng katotohanang kilala na ang magnetite sa kanyang mga magnetic na katangian sa loob ng mga dekada, tila may higit pang maaaring matuklasan tungkol dito.

Researchers from the EPFL in Switzerland have discovered that lasers can create new phase changes in magnetite that were previously unknown. This could, in turn, lead to a new generation of electronic equipment.

Ang Nakatagong Katangian ng Magnetite

The researchers focused on magnetite due to its metal-to-insulator properties, allowing it to switch from a conductor of electricity to blocking it. This is also known as a phase transition, where the properties of a material suddenly change from one stage to another, a little like how liquid water can turn into ice, with very different properties.

Sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang magkaibang uri ng laser, isa na naglalabas ng liwanag sa 800nm at isa sa 400nm (infrared at nakikitang liwanag), natuklasan nila na may mga bagong yugto na lumitaw sa magnetite na hindi pa nakikilala hanggang ngayon.

This is not a trivial matter, as the researchers had to detect change happening in an infinitesimally small period of time. To do so, they used a technique called Ultrafast Electron Diffraction (UED), which allowed them to look at atom movements lasting less than a picosecond or a trillionth of a second.

Pagbabago ng Espasyal na Konpigurasyon

Normally, magnetite’s atomic structure is “a monoclinic lattice,” where the unit cell is shaped like a skewed box with three unequal edges. Two of its angles are 90 degrees, while the third is different.

Pinagmulan: ACS

Ang liwanag na 800nm ay nagdudulot ng pag-urong ng atomic na estruktura ng magnetite, na nagiging isang cubic na estruktura. Ipinakita ng napakabilis na obserbasyon sa mga mananaliksik na ito ay naganap sa pamamagitan ng isang 3-yugtong proseso.

Samantala, ang 400nm ay nagdulot ng paglawak ng metal na atomic na estruktura, na lumikha ng napakastableng konpigurasyon, na ginagawang napakastable na insulator.

This configuration is different from the previously known stable equilibrium of magnetite and provides deep insight into what is actually happening during the metal-to-insulator transition.

Mga Bagong Sistemang Elektroniko

This discovery means that it is possible to change the effect on spin and current of magnetite just with light from lasers.

Thanks to very quick laser systems, it could allow for photon pulse to quickly change in a controlled fashion the nature of the metallic material.

“Ang aming pag-aaral ay nagbubukas ng bagong paraan upang kontrolin ang materyal sa napakabilis na takdang panahon gamit ang iniangkop na photon pulses.

Ang kakayahang magpasimula at kontrolin ang mga nakatagong yugto sa magnetite ay maaaring magdala ng malaking implikasyon para sa pag-unlad ng mga advanced na materyales at aparato.

Halimbawa, ang mga materyal na maaaring magpalit sa pagitan ng iba’t ibang elektronikong estado nang mabilis at epektibo ay maaaring magamit sa susunod na henerasyon ng mga computing at memory device.

Mas Mahusay na Memorya

Spintronics and magnetite are new frontiers for electronic system manufacturers. What started in a hard drive is now expanding to other memory systems.

Halimbawa, ang random access memory (DRAM) ay maaaring palitan ng magnetic RAM (MRAM). Ang unang bersyon ng konseptong ito ay isang komersyal na produkto ng Everspin at nagamit na sa mga eroplano ng Airbus, dahil sa kakayahan nitong tumagal sa pagbabago ng temperatura pati na rin sa cosmic radiation kumpara sa tradisyunal na mga memory system.

Isa pang bentahe ng MRAM ay ang mas maliit na sukat at mas mababang konsumo ng enerhiya, na nangangahulugang hanggang 80% na mas kaunting pangangailangan sa kuryente. Ito ay maaaring magbigay-daan sa pag-incorporate ng MRAM bilang cache memory sa mga processor na may mas malaking kabuuang kapasidad habang kumokonsumo ng mas kaunting kuryente at naglalabas ng mas kaunting init, kung saan ang espasyo at init ay nagiging pangunahing limitasyon sa pagpapabuti ng processor.

Photonics?

Ang paggamit ng laser sa pagbabago ng kondisyon ng magnetite ay kahawig ng lumalawak na larangan ng photonics, isa sa mga opsyon na tinalakay namin sa aming artikulo tungkol sa mga kumpanyang lumilipat ng komputasyon lampas sa mga semiconductor system.

Ang isang sistema na gumagamit na ng laser at liwanag upang magsagawa ng komputasyon ay maaaring lubos na makinabang mula sa isang memory system na umaasa sa pagbabago ng yugto ng magnetite na pinukaw ng liwanag. Ito ay maaaring magbigay-daan na ang resulta ng komputasyon ay direktang ma-convert sa data na may kaunting hakbang na kumokonsumo ng enerhiya at nagpapabagal.

Mga Kumpanya ng Spintronics

1. Everspin Technologies

Ang Everspin ay sangay ng Freescale (kasalukuyang tinatawag na NXP, stock ticker NXPI) na nakatuon sa pag-develop ng mga MRAM memory system. Ito ay naging hiwalay at nag-IPO noong 2016.

Itinuturing ang Everspin bilang nangunguna sa teknolohiyang MRAM, na nagmana ng karanasan ng Freescale bilang unang nagkomersyalisa ng MRAM chip noong 2006.

Dahil ang MRAM ay isang memory na nananatili kahit na walang kasalukuyang kuryente, ito ay lalong ginagamit sa mga sensitibong kaso kung saan mahalaga ang kritikal na datos.

Dahil sa malawak na aplikasyon tulad ng data analytics, cloud computing, parehong terrestrial at extraterrestrial, artificial intelligence (AI), at Edge AI kasama ang Industrial IoT, ang merkado para sa persistent memory ay inaasahang lalaki sa CAGR na 27.5% mula 2020 hanggang 2030

Everspin

Pinagmulan: Everspin

Tinatantiya ng kumpanya na aabot sa $7.4 bilyon ang laki ng merkado pagsapit ng 2027. Walang utang ang kumpanya at may positibong libreng cash flow mula 2021.

Sa kasalukuyan, ang mga produktong Everspin MRAM ay sumasakop sa isang maliit ngunit lumalawak na niche, na nagsisilbi sa mga merkado kung saan ang pagiging maaasahan ay mahalaga tulad ng aerospace, satellites, data recorders, mga device para sa pag-monitor ng pasyente, atbp.

Pinagmulan: Everspin

Ang paglago ng mga chipset, AI, at synaptic system ay maaaring magbigay din ng pangmatagalang pag-angat para sa kumpanya.

2. NVE Corporation

Isa pang nangunguna sa spintronics, ang NVE ay nagtrabaho sa teknolohiyang ito mula pa noong unang patente nito sa MRAM technology noong 1995.

Nagpo-produce ito ng spintronic sensors at isolators, na kadalasang ginagamit sa mga measurement at sensor system para sa mga sasakyan, gear, medikal na aparato, power supply, at iba pang industriyal na kagamitan.

Pinagmulan: NVE

Ipinapasok nito ang NVE sa bahagyang ibang kategorya kumpara sa Everspin, kung saan ang NVE ay higit na isang industriyal na kumpanya na may matibay na posisyon sa isang niche market (magnetometer na gumagamit ng spintronics), habang ang Everspin ay higit na isang memory/computing na kumpanya na nakikipagkumpetensya sa mga tulad ng Intel, Qualcomm, Toshiba, at Samsung na nagde-develop din ng kanilang sariling MRAM product.

Maaaring gawing mas (o mas kaunti) na kaakit-akit na stock ito depende sa profile ng mga mamumuhunan, kung saan ang stock ng NVE ay mas malamang na makaakit ng mga konserbatibong mamumuhunan na naghahanap ng dividend yield at kaligtasan.