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

Ang Potensyal ng Spintronics

Karaniwang gumagamit ng mga semiconductor tulad ng silicon ang mga transistor. Ang mga estadong kumakatawan sa 0 at 1 ay maaaring iugnay sa pagkontrol ng kuryente. Sa spintronics, ginagamit din ang spin ng electron, isang katangiang kuwantum, para mag-imbak o magproseso ng impormasyon. Maaari pa ring gumamit ng agos ng kuryente ang mga aparatong ito.

Maaaring magkaroon ng ilang kalamangan ang mga disenyong spintronic, gaya ng:

• Mabilis na pagpapalit ng estado sa mga angkop na materyal at disenyo.
• Mas mababang paggamit ng enerhiya sa ilang operasyon, lalo na kung napapanatili ang datos nang walang tuloy-tuloy na kuryente.
• Paggamit ng iba’t ibang metal, oksido at semiconductor, depende sa aparato.

Matagal nang ginagamit ang spintronics sa mga ulo ng pagbasa ng hard drive. Nakatulong ito sa pagtaas ng kapasidad ng imbakan.

Isa sa mga materyal na pinag-aaralan para sa spintronics ang magnetite, isang likas na mineral na binubuo ng oxygen at dalawang anyo ng bakal na may magkaibang estado ng oksidasyon.

Pinagmulan: Britannica

Matagal nang kilala ang magnetite dahil sa magnetismo nito, ngunit patuloy na pinag-aaralan ang mga estadong elektroniko at estruktura nito.

Iniulat ng mga mananaliksik sa EPFL, Switzerland, na maaaring magpasimula ang laser ng mga nakatagong estado sa magnetite. Pangunahing pananaliksik ito, hindi pa isang handang komersiyal na teknolohiya para sa bagong henerasyon ng mga aparato.

Ang Nakatagong Katangian ng Magnetite

Pinagtuunan nila ang transisyon ng magnetite sa pagitan ng higit na konduktibo at higit na insuladong estado. Nagbabago rin ang ayos ng mga atomo. Tulad ng pagyeyelo ng tubig, isang transisyon ng yugto ito, ngunit iba ang pinagbabatayang pisika.

Gumamit sila ng mga pulso ng laser na may haba ng daluyong na 800 nm at 400 nm, malapit sa infrared at lila, upang paghambingin ang tugon ng materyal.

Napakabilis ng mga pagbabagong ito. Upang masukat ang mga ito, ginamit ang napakabilis na diffraction ng electron o UED. Sinusundan nito ang pagbabago ng ayos ng mga atomo sa antas ng picosecond, ika-isang trilyong bahagi ng isang segundo.

Pagbabago ng Espasyal na Konpigurasyon

Sa mababang temperaturang yugto na pinag-aralan, monokliniko ang kristal na sala-sala ng magnetite. Ang yunit nito ay maihahambing sa isang pahilis na kahon: dalawang anggulo ang 90 digri at iba ang ikatlo. Hindi ito ang estruktura ng magnetite sa lahat ng temperatura.

Pinagmulan: ACS

Sa 800 nm na pag-iilaw, nakita ang pag-urong at paglipat tungo sa kubikong ayos sa ilang rehiyon, kasabay ng pag-iral ng mga bahaging metaliko at insulado. Inilarawan ng pagsusuri ang isang tatlong-yugtong proseso.

Sa 400 nm, lumawak ang monoklinikong sala-sala at higit na napatatag ang insuladong estado. Ang magnetite ay isang oksido ng bakal, hindi isang purong metal; ang pagiging matatag dito ay tumutukoy sa kondisyon at panahon ng eksperimento.

Naiiba ang estadong ito sa karaniwang ekilibriyong estado at nakatutulong sa pag-unawa sa transisyon sa pagitan ng metaliko at insuladong asal.

Mga Bagong Sistemang Elektroniko

Ipinapakita ng eksperimento na maaaring kontrolin ng mga pulso ng liwanag ang ilang estruktural at elektronikong estado ng magnetite. Maaaring maging mahalaga ito sa mga susunod na aparato, ngunit hindi pa nito naipapakitang gumagana ang isang kumpletong kompyuter o komersiyal na memorya.

“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 mabilis at mahusay na pagpapalit ng elektronikong estado ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa susunod na henerasyon ng mga aparato para sa pagkompyut at pag-iimbak.”

Mas Mahusay na Memorya

May mga komersiyal nang aplikasyon ang spintronics sa memorya. Hiwalay dito ang pananaliksik sa mga estadong pinasisimulan ng liwanag sa magnetite.

Ang magnetic random-access memory o MRAM ay maaaring maging alternatibo o pandagdag sa ibang uri ng memorya para sa ilang gamit. May mga produktong MRAM ang Everspin, na nag-ulat ng paggamit ng produkto sa mga sistema ng Airbus. Ang tibay laban sa temperatura o radyasyon ay nakadepende sa partikular na produkto at pagsusuri, hindi awtomatikong katangian ng lahat ng MRAM.

Maaaring makatipid sa enerhiya ang MRAM dahil napapanatili nito ang datos kahit walang tuloy-tuloy na kuryente. Ang siniping hanggang 80% na pagtitipid ay nakadepende sa partikular na paghahambing at gamit, hindi isang pangkalahatang resulta para sa lahat ng MRAM. Pinag-aaralan din ang paggamit nito sa memoryang malapit sa processor.

Photonics: paggamit ng liwanag

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.

Maaaring maging kapaki-pakinabang ang memoryang kontrolado ng liwanag sa mga sistemang photoniko. Gayunman, kailangan pang patunayan ang pagsasama, bilis, tibay at kabuuang paggamit ng enerhiya ng gayong sistema.

Mga Kumpanya ng Spintronics

1. Everspin Technologies

Nahiwalay ang Everspin sa Freescale noong Hunyo 2008 at nag-IPO noong Oktubre 2016. Nakuha ng NXP ang Freescale noong 2015; hindi lamang pinalitan ang pangalan nito ng NXP.

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

Napapanatili ng MRAM ang nakaimbak na datos kahit walang kuryente. Kaya kapaki-pakinabang ito sa ilang aplikasyong mahalaga ang pagpapanatili ng impormasyon.

Sa pagtatayang sinipi sa konteksto ng 2024, inaasahang lalago ang merkado ng persistent memory nang 27,5% taun-taon mula 2020 hanggang 2030. Isa itong pagtataya sa merkado, hindi aktuwal o garantisadong paglago.

Everspin

Pinagmulan: Everspin

Sinipi rin ang pagtatayang US$7,4 bilyong merkado sa 2027. Ang pahayag na walang utang at may positibong libreng daloy ng salapi mula 2021 ay tumutukoy sa historikal na pag-uulat ng kumpanya, hindi sa kalagayan nito sa lahat ng susunod na taon.

Nakatuon ang mga produkto ng Everspin sa mga espesyalisadong gamit kung saan mahalaga ang pagiging maaasahan, gaya ng aerospace, satellite, pagtatala ng datos at ilang kagamitang medikal.

Pinagmulan: Everspin

Maaaring magbukas ng karagdagang aplikasyon ang AI at mga bagong disenyo ng chip. Hindi nito ginagarantiya ang paglago ng benta o kita ng isang partikular na kumpanya.

2. NVE Corporation

Isa pang nangunguna sa spintronics, ang NVE ay nag-ulat ng una nitong patent sa magnetoresistive memory noong 1993, hindi 1995.

Gumagawa ito ng mga spintronic na sensor at isolator, para sa pagsukat, sasakyan, kagamitang medikal, suplay ng kuryente at iba pang gamit sa industriya.

Pinagmulan: NVE

Mas nakatuon ang NVE sa mga sensor at isolator, samantalang memorya ang pangunahing espesyalisasyon ng Everspin. May iba pang kumpanyang nagsasaliksik o gumagawa ng MRAM, kabilang ang Intel (INTC ), Qualcomm (QCOM ), Toshiba at Samsung. Nag-iiba ang saklaw at antas ng komersiyalisasyon ng bawat produkto.

Maaaring magkaiba ang akma ng mga kumpanyang ito sa layunin ng mamumuhunan. Ang dibidendo o espesyalisadong merkado ay hindi garantiya ng kaligtasan; kailangang suriin ang kita, halaga, kompetisyon at panganib.