Lazer, Günlük Metallerdeki Gizli Manyetizmayı Ortaya Çıkarıyor

Teknoloji dünyası hızla ilerliyor ve araştırmacılar her gün yeni keşiflerde bulunuyor. Geçtiğimiz hafta bilim insanları çalışmalarını yayınladılar. eski bir fizik sırrını çözdü.

Pennsylvania Eyalet Üniversitesi ve Manchester Üniversitesi ile işbirliği içinde İbrani Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından yürütülen çalışmada, normalde manyetik olmayan metallerde yalnızca manyetik sinyaller kullanılarak ince manyetik sinyaller tespit edildi. ışık ve modifiye edilmiş bir lazer yöntemi.

Manyetik olmayan malzemelerde daha çok "fısıltı" gibi görünen bu zayıf manyetik etkiler, daha önceleri bariz sebeplerden ötürü tespit edilemiyordu; çok küçüktüler. Ancak artık bu durum değişti. Bu etkiler ölçülebilirdir, ifşa elektron davranışının yeni kalıpları vardı gizli bu çalışmaya kadar.

Bu keşifle bilim insanları tamamen değişti Nasıl günlük malzemelerdeki manyetizmayı araştırıyoruz, olmadan teller veya hacimli aletler. Bu olabilir Üstelik bellek depolama, kuantum hesaplama ve daha küçük, daha hızlı ve daha gelişmiş elektroniklere giden yolları açmak.

'Sessiz' Metallerdeki İnce Manyetik Tepkinin Çözümü

Yayınlandığı dergi Nature Communications¹, çalışma ayrıntılar a minik hayvanları tanımlamanın yeni yolu metallerdeki manyetik sinyaller sevmek altın (Au), bakır (Cu), alüminyum (Al), tantal (Ta) ve platin (Pt).

MKS şey uzun zamandır elektrik akımlarının manyetik alanda büküldüğünü biliyoruz, hangi Hall etkisi. Bu etki özellikle manyetik malzemelerde güçlüdür ve iyi bilinmektedir sevmek demir gibi manyetik olmayan metallerde ise etkisi oldukça zayıftır.

İlgili bir olgu olan optik Hall etkisi (OHE), elektronların davranışını görselleştirmeye yardımcı olmalıdır ışık ve manyetik alanlar etkileşime girdiğinde. 

Ancak bu teoride böyle, çünkü görünür dalga boylarında OHE etkisi bilim insanlarının tespit edemeyeceği kadar belirsiz. So, süre we biliyorum etki var mı, araçlardan yoksun kalıyoruz aslında ölçmek için.

"Onlarca yıl boyunca gürültülü bir odada bir fısıltıyı duymaya çalışmak gibiydi. Herkes fısıltının orada olduğunu biliyordu, ama onu duyabilecek kadar hassas bir mikrofonumuz yoktu."

– İbrani Üniversitesi Elektrik Mühendisliği ve Uygulamalı Fizik Enstitüsü'nden Profesör Amir Capua

Prof. Capua'nın açıkladığı gibi, bakır ve altın gibi bu metallerin "manyetik olarak 'sessiz'" olduğu düşünülüyor. Örneğin, altın ve bakır gibi bu malzemeler, demir gibi buzdolabına yapışmıyor. "Ancak gerçekte, doğru koşullar altında, manyetik alanlara tepki veriyorlar; ancak son derece incelikli şekillerde," diye ekledi. Ve bu hafif etkileri gözlemlemek her zaman bir zorluk olmuştur.

Yani, içinde Diğer üniversitelerle işbirliği yapan araştırmacılar, araştırmaya devam ettiler sadece bunları nasıl tespit edebilirim Gerçekten mi Manyetik olmayan malzemelerde küçük manyetik etkiler. 

Bunun için manyeto-optik Kerr etkisi (MOKE) adı verilen bir tekniğe yöneldiler ve onu geliştirdiler. MOKE yöntemi kapsamında bir lazer kullanılır manyetizmanın ışığın yönünü nasıl etkilediğini ölçmek için.

Çalışmada, ferromanyetiklerde (demir, nikel veya kobalt gibi uzun menzilli, paralel atomik moment hizalamasıyla kendiliğinden net mıknatıslanma sağlayan malzemeler) gözlemlenen anormal Hall etkisinin (AHE), sıradan Hall etkisinden (OHE) çok daha güçlü olduğu ve optik Hall etkisinin manyeto-optik Kerr etkisinden (MOKE) çok daha zayıf olduğu belirtilmektedir. O kadar zayıftır ki, görünür ışıkta neredeyse hiç tespit edilemez.

İşte MOKE tekniğinin değiştirilmesinin nedeni. Araştırmacılar, MOKE tekniğini sundular. büyük genlikli dışarıdan uygulanan manyetik alanın modülasyonu. Bunun için dönen bir diskin üzerine yerleştirilmiş kalıcı mıknatıslar kullandılar.

Araştırmacılar bunu, onlara izin veren 440 nm mavi lazerle birleştirdiler tekniğin hassasiyetini önemli ölçüde artırmak için. Sonuç olarak, manyetik olmayan metallerdeki manyetik "ekoları" tespit edebildiler. oldu Önceden hemen hemen ulaşılması imkansız. Çalışmada şunlar kaydedildi:

“Tekniğin üstün hassasiyeti, spin-yörünge etkileşiminin optik olarak belirlenmesi gibi yeni olguların ve uygulamaların keşfedilmesinin önünü açıyor.” 

Optik Yankı, Metallerdeki Gizli Manyetik Sinyalleri Ortaya Çıkarıyor

Hall ölçümleri, malzeme araştırmaları ve katı hal fiziğinde önemli bir tekniktir. Hall etkisi veriyor bize atom ölçeğinde malzemeleri inceleme olanağı sağlıyor ve kaç tane olduğunu öğren elektronlar vardır bir metalde. Temel araştırma ile pratik uygulamalar arasındaki boşluğu kapatmada kritik öneme sahiptir.

Ancak, etkiyi ölçmek geleneksel olarak zor ve zaman alıcı bir süreçtir, özellikle de nanometre ölçeğinde gerçekten küçük bileşenlerle çalışıldığında. Bunun için bilim insanları önce kabloları cihaza bağlamak, fakat artık değil.

Yeni yaklaşım çok basit; sadece bir lazere ihtiyaç var parladı elektrikli cihazda.

Prof. Capua'nın da belirttiği gibi, Hall etkisini keşfeden Edwin Hall bile, etkiyi bir ışık huzmesi kullanarak ölçmeye çalıştığında başarılı olamadı. Hall, 1881'deki makalesinin kapanış cümlesinde şöyle özetlemişti:

"Sanırım, gümüşün etkisi demirin etkisinin onda biri kadar güçlü olsaydı, etki tespit edilmiş olurdu. Böyle bir etki yok gözlemlendi". 

Ancak son araştırmalarda bilim insanları, "doğru frekansı ayarlayarak ve nereye bakacaklarını bilerek" etkiyi gözlemlediler, diyor Prof. Capua. 

Prof. Capua, ekibin "bir zamanlar görünmez olduğu düşünülen şeyi ölçmenin bir yolunu bulduğunu" sözlerine ekledi ve ekledi: "Bu araştırma, yaklaşık 150 yıllık bir bilimsel sorunu yeni bir fırsata dönüştürüyor."

Daha da derinlemesine bakıldığında ekip, sinyallerindeki rastgele bir 'gürültü' gibi görünen şeyin aslında o kadar da rastgele olmadığını, net bir anlamı ve düzeni olduğunu keşfetti. 

İzlenen desen, spin-yörünge kuplajı (SOC) ile ilgiliydi. Bu kuantum özelliği, elektronların nasıl hareket ettiği spin, manyetik enerjinin malzemelerde dağılma biçimini etkiler. 

Elde edilen yeni bakış açıları spintronik cihazlar, manyetik bellek ve kuantum sistemleri tasarımı için doğrudan ve önemli sonuçlar doğurmaktadır.

"Bu, bir radyodaki statik sesin sadece parazit olmadığını, birinin değerli bilgiler fısıldadığını keşfetmek gibi. Artık elektronlardan gelen bu gizli mesajları 'dinlemek' için ışığı kullanıyoruz."

- İbrani Üniversitesi'nden doktora adayı Nadav Am Shalom

Yeni teknik aslında metallerdeki manyetizmayı keşfetmek için invaziv olmayan, oldukça hassas bir araç sunuyor; büyük mıknatıslar veya kriyojenik koşullar. 

Tekniğin basitliği ve hassasiyeti, mühendislerin daha enerji verimli sistemler, daha hızlı işlemciler ve yüksek doğruluğa sahip sensörler inşa etmelerine de yardımcı olabilir.

Fakat bu herşey sadece başlangıç, 'da Çalışmanın hakkında konuşmak Gelecekteki çalışmalarda malzeme yelpazesinin genişletilmesi. Bu ek metaller, çok katmanlı filmler, yarı iletkenler ve topolojik ve 2D malzemeleri içerir. 

Çalışmada ayrıca, "sıcaklığa bağlı bir ölçüm, gürültü mekanizmaları hakkında önemli bilgiler sunabileceği ve bunların kökenine dair daha derin bir anlayışa temel oluşturabileceği için özellikle ilgi çekicidir" denildi.

Lazerlerin manyetik olmayan malzemeleri nasıl manyetik hale getirebildiğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Hall Etkisinin Yeni Olanaklarla Genişletilmesi

Geçtiğimiz yıl boyunca araştırmacılar, Hall etkisi tekniklerini araştırmaya devam ederek mümkün olanın sınırlarını zorladı. Klasik elektriksel Hall ölçümlerine dayanarak, bilim insanları dönüştürücü bir değişimin sinyalini veren yeni rejimleri ortaya çıkarıyor. 

Bu içerir keşif² Oda sıcaklığında tellürde (Te) önemli doğrusal olmayan Hall etkilerinin (NLHE) etkisi. Bu etki, ikinci harmonik sinyaller üreten ve bir alternatif akıma (AC) ikinci dereceden bir tepkidir. dış manyetik alan. 

Hall etkisi ailesinin yeni bir üyesi olan NLHE, çok fazla almak Dikkat yüzünden onun olası kullanım frekans iki katına çıkarma ve düzeltme cihazlarında. Ancak düşük çalışma sıcaklıkları ve düşük hall voltaj çıkışları gibi zorluklar pratik uygulamalarını sınırlamıştır. 

Yani, bir Çin Bilimler Akademisi'nin (CAS) Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden (USTC) bir araştırma ekibi, şov Yarı iletken malzemelerde dikkate değer NLHE. Onlar sonra içine baktı kırılgan ve nadir bir element olan tellürün doğrusal olmayan tepkisi vardır tek boyutlu bir sarmal zincir. Yapısı gereği ters simetriden yoksundur, bu da Te'yi mükemmel bir aday yapar.

Tellürün (Te) ince pullarını teste tabi tuttuklarında, oda sıcaklığında önemli doğrusal olmayan Hall etkilerini keşfettiler. 300 K sıcaklıkta, bu arada maksimum ikinci harmonik çıkış gidebilirsiniz büyüklük sırası önceki kayıtlardan daha yüksek, 2.8 mV'a kadar yüksek.

Daha derin bir dalışta, NLHE tellürün ince pullarında gözlemledi bulundu esas olarak dışsal saçılmanın bir sonucu olduğu düşünülmektedir. Burada, yapının yüzey simetrisinin bozulması önemli bir rol oynamıştır.

Deneyimleyenler o, AC akım değiştirildi radyo frekansı (RF) sinyalleriyle farkına varan Te ince pullarında kablosuz RF düzeltmesi ve kararlı düzeltme elde edildi Voltaj 0.3 ila 4.5 GHz aralığında çıkış. Bu sayede çalışma, ileri elektronik cihazların geliştirilmesi için yeni imkânlar sunuyor.

Son zamanlarda, New South Wales Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, topolojik yalıtkanlar Bi2Se3 ve Sb2Te3'ün toplu durumlarına odaklandılar ve bulundu³ orbital Hall torkunun spin Hall torkuna baskın olması, yük akımının spin akımına verimli bir şekilde dönüştürülmesi anlamına gelir.

Yığın durumları, topolojik yalıtkanlarda SHE'den 3 kata kadar daha büyük olan önemli bir OHE'ye yol açar; bu durum kısmen her bir iletken elektronun yörünge açısal momentumunun kendi spininden daha büyük olmasından kaynaklanır. 

Ayrıca, optimizasyonun da önemli olduğunu belirtti. yörüngeden dönmek TI (topolojik yalıtkanlar) spin torku cihazlarında dönüşüm anahtardır sahip olan mıknatıslanma üzerinde daha etkili bir kontrol, ancak o ileri teknikler ve özel ferromanyetikler gerektirecektir. 

Bu arada Johannes Gutenberg Üniversitesi'nden araştırmacılar gösterdi⁴ an Cr, Nb ve Ru katmanlarının geliştirilmiş orbital Hall iletkenliğinin verimli kullanımı boyunca Spin-Orbit Tork (SOT) Manyetik Rastgele Erişim Belleği (MRAM) aygıtları için dik mıknatıslanmış ferromanyetik bir katmanla. 

SOT-MRAM cihazları, statik RAM'lere kıyasla daha iyi performans, kalıcılık ve güç verimliliği vaat ediyor. Bu cihazlarda uzun süreli veri tutma ve verimli mıknatıslanma değişimi elde etmek için, gerek büyük torklarla birleştirilmiş dik manyetik anizotropiye (PMA) sahip ferromanyetikler artmış Orbital Hall Etkisi (OHE) ile. 

Bu nedenle ekip, seçilmiş OHE katmanları üzerinde bir PMA (Co/Ni)3 FM tasarladı ve orbital Hall iletkenliğinin (OHC) potansiyelini araştırdı.

Sonuçlar, tork verimliliğinde %30'luk bir iyileştirme ve anahtarlama gücünde %60'lık bir azalma göstererek, "yüksek yoğunluklu paketlenmiş önbellek belleği uygulamaları için yeni nesil SOT MRAM cihazlarının performansını artırmak amacıyla geliştirilmiş orbital Hall etkisinden yararlanmanın umut verici potansiyelini" vurguladı.

Spintronics Teknolojisine Yatırım Yapmak

Everspin Teknolojileri (MRAM ) Verileri depolamak için yük yerine elektron spinini aktif olarak kullanır. Manyetik alanlarda veri depolayan bir tür kalıcı RAM olan manyetodirençli rastgele erişim belleği (MRAM) çözümlerinin önde gelen geliştiricilerinden biridir.

MRAM kullanım bir elektron spinin manyetizması oynaklık olmamasını sağlamak ve mağazalar Flash'ın uçucu olmama özelliğini ve SRAM'ın hızını sunmak için silikon devrelerle bütünleştirilmiş manyetik malzemedeki bilgiler bir cihaz. 

MRAM teknolojisi ürünleri arasında basit, yüksek yoğunluklu bir bellek sağlayan Toggle MRAM da yer alıyor 'da Everspin kullanma Yüksek güvenilirlik sunmak için patentli Toggle hücre tasarımı. Diğer ürünü ise, MTJ'nin istenilen manyetik durumunu oluşturmak için elektronların spininin polarize edici akımla manipüle edilmesini kullanan Spin-transfer Tork MRAM'dır (STT-MRAM).

Everspin Teknolojileri (MRAM )

150 milyon dolarlık piyasa değeriyle MRAM hisseleri, şu anda %6.68'lük bir artışla 4.54 dolardan işlem görüyor. Hisse başına kazanç (HK) (TTM) -0.01 ve fiyat/kazanç (TTM) -451.35.

Şirket, 31 Mart 2025'te sona eren ilk çeyrekte toplam 13.1 milyon dolar gelir bildirdi. Toggle ve STT-MRAM gelirleri de dahil olmak üzere MRAM ürün satışları ise 11 milyon dolar olarak gerçekleşti. Lisanslama, telif hakları, patentler ve diğer gelirler ise 2.1 milyon dolardı.

Bu dönemde brüt kar marjı %51.4, GAAP faaliyet giderleri 8.7 milyon dolar, GAAP net zararı 1.2 milyon dolar veya seyreltilmiş hisse başına (0.05) dolar ve GAAP dışı net gelir 0.4 milyon dolar veya seyreltilmiş hisse başına 0.02 dolar olarak gerçekleşti.

Çeyrek sonunda nakit ve nakit benzerleri 42.2 milyon dolara yükseldi.

Bu yıl Everspin, MRAM'ını kullanmak için Purdue Üniversitesi'nden bir sözleşme de aldı temellendirmek CHEETA (CMOS+MRAM Donanımı için) adlı bir program Enerji Verimli AI). Bu arada PERSYST MRAM'i tüm Lattice Semiconductor FPGA'larında yapılandırma için doğrulandı.

Şirket, bu yılın başlarında Orion xSPI ailesinin bir parçası olarak, aşırı ortamlarda kalıcı, yüksek hızlı bellek gereksinimleri için otomotiv sıcaklık aralığına sahip iki yeni ürününü duyurdu. 

“Mevcut ve yeni müşterilerimizin, tasarım kazanımları ve bellek ve FPGA uygulamaları için Stratejik Radyasyon Sert programları aracılığıyla Everspin'in güçlü MRAM ürünlerini ve teknolojisini bu tür kritik görev uygulamalarında kullanmasını bekliyoruz.” 

– Aggarwal

Everspin Technologies (MRAM) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleriyle İlgili En Son Haberler

Sonuç

Her yeni çalışmayla araştırmacılar, bilim insanlarının neleri ortaya çıkardığını ortaya çıkarıyor could yıllarca. En yenisi tam olarak bunu yapar by çevirmek zayıf optik sinyalleri net bir manyetik varlığa dönüştürerek yeni bir yol için invaziv olmayan elektron spin araştırması. Dahası, bir zamanlar gürültü olarak görünen şeyin aslında zengin bir ses kodladığını ortaya çıkardılar spin-yörünge bilgi ve bu Potansiyel olarak spintronik tasarımı, manyetik belleği ve kuantum teknolojilerini dönüştürebilir, daha enerji verimli cihazlara ve gelişmiş veri depolama kapasitesine yol açabilir.

Ni₄W bellek atılımının mıknatıssız anahtarlamayı nasıl mümkün kılacağını öğrenmek için buraya tıklayın.

Referanslar:

1. Am-Şalom, N.; Rothschild, A.; Bernstein, N.; Ginzburg, N.; Vinnicombe, H.; Illg, C.; Földes, D.; Kolel-Veetil, M.; Alfrey, A.; Bromley, ST; Barbiellini, B.; Everschor-Sitte, K.; Mishra, S.; Haim, M.; Lifshitz, E.; Hamann, DR; Stiles, MD; Schecter, M.; Sztenkiel, D.; Kapitulnik, A. Görünür Dalga Boylarında Hassas MOKE ve Optik Hall Etkisi Tekniği: Gilbert Sönümlenmesine İlişkin Görüşler. Doğa İletişim, 16, 6423 (2025). 17 Temmuz 2025'te çevrimiçi olarak yayınlandı. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61249-4
2. Cheng, B.; Gao, Y.; Zheng, Z.; Wang, K.; Liu, X.; Li, Z.; Wang, G.; Liu, Y.; Huang, J.; Lai, J.; Xu, C.; Zhang, Y.; Zhao, Y.; Wang, J.; Lin, X.; Xu, X.; Lu, H.; Xu, Y. Elemental Yarı İletken Tellürde Oda Sıcaklığında Dev Doğrusal Olmayan Salon ve Kablosuz Düzeltme Etkileri. Doğa İletişim, 15, 5513 (2024). 29 Haziran 2024'te çevrimiçi olarak yayınlandı. https://doi.org/10.1038/s41467-024-49706-y
3. Cullen, JH; Liu, H.; Culcer, D. 3 boyutlu topolojik yalıtkanların yığın durumlarından kaynaklanan dev orbital Hall etkisi. npj Spintronik, 3, 22 (2025). 3 Haziran 2025'te çevrimiçi olarak yayınlandı. https://doi.org/10.1038/s44306-025-00087-y
4. Gupta, R.; Board, C.; Kammerbauer, F.; Shin, H.; Tang, P.; Shukla, N.; Kundu, A.; Sinn, S.; Finizio, S.; Heidler, J.; López-Díaz, L.; Kläui, M.; Jakob, G.; Kronast, F.; Jungfleisch, MB; Beens, M.; Garg, C.; Parkin, SSP Spin-Orbit Tork MRAM'da Orbital Hall Etkisinden Yararlanma. Doğa İletişim, 16, 130 (2025). 2 Ocak 2025'te çevrimiçi olarak yayınlandı. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55437-x