Bilişim
Nasıl Şiral Spintronik Bilgisayarı Dönüştürebilir
Spintronik Bilgisayarları Nasıl Devrimleştirebilir
Donüşümlü olarak, donanım hesaplaması dünyası artık silikon çiplerinin veya klasik ikili hesaplamaya bakışını değiştirmeye başlamıştır.
Bu, bilgisayarlarımızdaki ve veri merkezlerindeki geleneksel çipler ve belleklerin artık çok zor inşa edildiği için böyle olmaktadır. Son nesil transistörler sadece birkaç nanometre boyutundadır.
Bir başka faktör de, özellikle yapay zeka sistemleri için hesaplanma gücü talebinin devam etmesi nedeniyle enerji tüketiminin bir sorun haline gelmesidir.
Hesaplanma talebini azaltmak veya daha hızlı ve daha az enerji yoğun hale getirmek için birçok önerilen çözüm vardır. Kuantum hesaplaması ve fotonik en önemli seçeneklerdir.
Diğer bir seçenek ise spintronik, elektronların spinini, bir kuantum özelliği, elektrik akımının (elektron akışının) yerine kullanır.
Spintroniklerin Avantajları ve Potansiyel Uygulamaları
Elektronik bileşenler, transistörler gibi, geleneksel olarak silikon ve yarı iletkenlerden yapılmıştır. İkili sistemdeki 0 ve 1 sinyalleri elektrik akımının geçip geçmemesini gösterir.
Hesaplamayı gerçekleştirmek için alternatif bir yol, spintronik cihazlardır. Bunlar, elektrik akımının (elektron akışının) yerine elektronların spinine dayanır.
Kaynak: Insight IAS
Veriler, spin açısal momentumunda (elektronun “yukarı” veya “aşağı” yönlü bir doğrultusu gibi) ve yörüngesel açısal momentumunda (elektronların atom çekirdekleri etrafında nasıl hareket ettiğini tanımlar) kodlanabilir.
Bu, sadece 0 ve 1’den daha fazla bilgi içerdiğinden, spin, geleneksel elektroniklere göre her atomda daha fazla veri içerebilir.
Spintronik, klasik elektronik sistemlere kıyasla birkaç avantaja sahiptir, özellikle:
- Daha hızlı veri, spin daha nhanh değiştirilebilir.
- Daha az enerji tüketimi, spin daha az güçle değiştirilebilir.
- Karmaşık yarı iletken malzemeleri yerine basit metaller kullanılabilir.
- Spin, yarı iletken durumundan daha az volatil olduğundan, veri depolaması daha stabil olur.
Sola kaydırarak kaydırın →
| Özellik | Geleneksel Elektronik | Spintronik |
|---|---|---|
| Bilgi Taşıyıcı | Elektrik akımı (0 veya 1) | Elektron spin (yukarı/aşağı) |
| Enerji Verimliliği | Yüksek güç talebi | Daha az güç kullanımı |
| Hız | Akım akışıyla sınırlı | Daha hızlı spin anahtarlama |
| Malzemeler | Karmaşık yarı iletkenler | Basit metaller/oksitler |
| Veri İstikrarı | Volatile depolama | İstikrarlı, non-volatile |
Spintronik, 1990’lardan beri hard disk okuma kafalarında ticarileştirilmiştir ve son on yıllarda depolama yoğunluğunu önemli ölçüde artırmıştır.
“Spin, elektronların bir kuantum mekanik özelliğidir, bu da elektronlar tarafından taşınan küçük bir mıknatısa benzer.
Elektronların spinini, spintronik cihazlarda bilgi transferi ve işleme için kullanabiliriz.”
Talieh Ghiasi – Postdoc Araştırma Görevlisi, Delft Teknoloji Üniversitesi
Spintronikte yakın zamanda önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Örneğin, spin kaybı manyetizasyona dönüştürülebilir, bu da spintronik elektroniklerin daha da enerji verimli hale gelmesini sağlar veya spintronik ve grafen, sonraki nesil kuantum devrelerini güçlendirilebilir.
Şiral Spintronik
Spintronikte Şiralite Nedir?
Doğada, simetri birçok şeyin temel bir özelliğidir, bunlar DNA bileşenleri ve ışık itself dahil. İki molekül neredeyse birbirinin aynı olabilir, ancak kompozisyon veya şekil değil, yönelim açısından farklılık gösterebilir, bu da “şiralite” olarak adlandırılır.
Şiralite, en basit haliyle, sol elin sağ elle aynı şekil, yapı ve fonksiyona sahip olmasına rağmen nasıl farklı olduğunu açıklar.
Şiralite, biyolojide temel bir rol oynar, doğal seçilim “sağ el” DNA molekülleri, şeker ve amino asitleri (proteinlerin temel bileşeni) seçmiştir.
Ancak, inorganik malzemelerde nadirdir, bunlar genellikle dağınık veya şiralsiz kristallerdir.
Metaller Spintronik için Şiralite Kazanır
Bilim adamları, elektrokimyasal olarak metal kristalleşme sürecini kontrol ederek, hem sol hem de sağ şiral manyetik nanohelisler oluşturdular. Manyetizma özellikleri için kobalt-demir alaşımı seçildi.
Bu süreçteki önemli bir yenilik, şiral organik moleküllerin (cinchonin veya cinchonidin gibi) helislerin oluşumunu yönlendirmesi için kullanılmasıdır.
“Metallerde ve inorganik malzemelerde, sentez sırasında şirali kontrol etmek çok zordur, özellikle nanoscale’de.
İnanorganik helislerin yönünü sadece şiral moleküller ekleyerek programlayabilmemiz, malzeme kimyasında bir độtuşumdir.”
Bu nanohelislerin şiralitesini göstermek için, manyetik alanların altında oluşan elektromanyetik alanları (EMF) ölçtüler.
Bu, malzemenin doğru bir şekilde üretildiğini test etmek için kolay bir yol sağlar, sol ve sağ şiral helisler zıt EMF sinyalleri üretir, şiraliteyi nicel olarak doğrulamak için manyetik malzemenin güçlü bir şekilde ışıkla etkileşime girmesine gerek kalmaz.
Daha da önemli olarak, bu şiral manyetik metallerin spinini de yönlendirebileceğini keşfettiler: bir spin yönüne izin verirken, ters spin geçemez.
“Şiralite, organik moleküllerde iyi anlaşılmıştır, burada bir yapının eli souvent biyolojik veya kimyasal fonksiyonunu belirler,”
Şiral Spintroniklerin Potansiyel Uygulamaları
Malzemenin iç manyetizasyonu (spin hizalama) sayesinde, oda sıcaklığında uzun mesafe spin transferi mümkün hale geldi.
Bu etki, şiral ekseni ve spin enjeksiyon yönü arasındaki açıya bakılmaksızın sabit kaldı. Aynı ölçekteki non-manyetik nanohelislerde gözlemlenmediği için, şiral manyetik helislerle doğrudan ilgili görünüyor.
Bu, göreceli olarak makro ölçekli bir malzeme中的 ilk asimetrik spin taşıma keşfedildi.
Araştırmacılar ayrıca, şiral bağımlı iletim sinyalleri gösteren bir katı hal cihazı gösterdiler, bu da pratik spintronik uygulamalara yol açar.
“Bu nanohelisler, geometri ve manyetizmaları sayesinde ~80%’den fazla spin polarizasyonu sağlar,”
Bu, yapısal şiralite ve iç manyetizmanın nadir bir birleşimidir, oda sıcaklığında kompleks manyetik devreler veya kriyonikler olmadan spin filtrelemesine olanak tanır ve elektron davranışını yapısal tasarım kullanarak mühendislik için yeni bir yol sağlar.”
Bu yeni teknolojinin bir başka avantajı, üretim sürecinin göreceli olarak basit ve ucuz olması, nadir malzemeler veya karmaşık teknolojiler kullanılmamasıdır.
“Bu sistemin şiral spintronik ve şiral manyetik nano yapıların mimarisine bir platform oluşturabileceğine inanıyoruz.
Bu çalışma, geometri, manyetizma ve spin taşımanın güçlü bir birleşimini, ölçeklenebilir inorganik malzemelerden inşa edilmiş bir çalışma temsil etmektedir.”
Bu yeni fikir ve malzemelerin potansiyelini tam olarak keşfetmek için daha çok çalışma yapılması gerekmektedir. Örneğin, demetler (çift, çoklu helis) sayısı değiştirilebilir ve henüz keşfedilmemiş farklı özellikler üretilebilir.
Şiralite (sol/sağ) ve hatta demet sayısını (çift, çoklu helis) bu esnek elektrokimyasal yöntem kullanarak kontrol edebilme yeteneği, yeni uygulama alanlarına önemli ölçüde katkıda bulunacaktır.
Üretim kolaylığı ve uzun mesafe spin transferi olasılığı arasında, bu, tamamen spin tabanlı bilgisayarlar ve ağların üretimi için çok faydalı olabilir, enerji tüketimi ve istikrarlı veri depolama açısından ekonomik avantajlar sağlar.
Spintronik İnovatörlerine Yatırım Yapma
1. Everspin Technologies
(MRAM )
Everspin, MRAM bellek sistemlerini geliştirmek için Freescale (şimdi NXP, hisse senedi NXPI olarak bilinir) tarafından kurulan bir şubedir. Bu, günümüzde ticari olarak viable olan en yaygın spintronik formudur. 2016 yılında halka açıldı.
Everspin, MRAM teknolojisinde (Magnetoresistive Random-Access Memory) lider olarak kabul edilir, Freescale’ın 2006 yılında ilk MRAM çipi ticarileştirmesinin deneyimini miras almıştır.
Çünkü MRAM, akımın отсутствı durumunda bile kalıcı bir bellektir, bu nedenle kritik veriler risk altına girmemek için duyarlı kullanım durumlarında giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Veri analitiği, bulut hesaplaması, yapay zeka (AI) ve Edge AI gibi yaygın uygulamalarla sürülen, endüstriyel IoT dahil, kalıcı bellek pazarı 2020 ile 2030 arasında %27.5’lik bir CAGR ile büyümesi beklenmektedir
Kaynak: Everspin
Şirket, pazarın 2027 yılına kadar 7.4 milyar dolarlık bir büyüklüğe ulaşacağını tahmin etmektedir. Şirket, 2021 yılından bu yana hiçbir borcu olmayan ve olumlu serbest nakit akışına sahip olmuştur.
Everspin MRAM ürünleri, özellikle uzay, uydular, veri kayıt cihazları, hasta izleme cihazları gibi güvenilirliğin kritik olduğu pazarlarda hizmet veren küçük ama büyüyen bir niş pazarı işgal etmektedir.
Kaynak: Everspin
Yonga setleri, AI ve sinaptik sistemlerin büyümesi, şirket için uzun vadeli bir artış olabilir.
2. NVE Corporation
(NVEC )
Spintronik liderlerinden biri olan NVE, 1995 yılında MRAM teknolojisindeki ilk patentinden bu yana bu teknoloji üzerinde çalışmaktadır. Spintronik sensörler ve izolatörler üretmektedir, bunlar çoğunlukla araçlar, dişliler, tıbbi cihazlar, güç kaynakları ve diğer endüstriyel cihazlar için ölçüm ve sensör sistemlerinde kullanılır.
Kaynak: NVE
Bu, NVE’yi Everspin’den biraz farklı bir kategoriye koyar, NVE daha çok endüstriyel bir şirketken, Everspin daha çok bir bellek/hesaplaşma şirketi olarak Intel, Qualcomm, Toshiba ve Samsung gibi şirketlerle rekabet etmektedir.
Bu, hisse senedi daha çekici veya daha az çekici hale getirebilir, NVE’nin hissesi daha muhafazakar yatırımcılar için daha çekici olabilir, onlar dividend getirisi ve güvenlik arzu etmektedir.
Referans Çalışmalar
1. Yoo Sang Jeon, et al. Spin-Selektif Taşıma Şiral Ferromanyetik Nanohelisler Aracılığıyla. Science. 4 Eylül 2025. Cilt 389, Sayı 6764. ss. 1031-1036. DOI: 10.1126/science.adx5963
