Modernt datorminne kodar information genom att byta magnetbitar inom enheter. Nu, en banbrytande studie genomförd av forskare från NUS Electrical and Computer Engineering har hittat ett nytt effektivt sätt att använda "spinnvågor" för att byta magnetisering vid rumstemperatur för mer energieffektivt spinnminne och logiska enheter.

Traditionella elektroniska marker lider av betydande "Joule -värme, "som uppstår på grund av flödet av en elektrisk ström som ger höga temperaturer. Det orsakas av snabba rörelser och frekvent kollision mellan rörliga laddningar inuti enheterna. Denna allvarliga fråga orsakar inte bara en stor mängd strömavbrott, men hindrar också chipets bearbetningshastighet och begränsar antalet chips som kan införlivas med apparater.

"Vi stöter alltid på sådana problem och olägenheter när vi använder våra telefoner, datorer och andra elektroniska enheter. Vi tycker ofta att dessa enheter blir "heta" och "långsamma", 'dessutom, vi måste ladda dem ofta och måste ta med en annan bärbar laddare ibland, "förklarade professor Yang Hyunsoo, teamledaren för denna forskning.

Så, snarare än att anta standard elektroninjektionsmetoder som används i traditionell elektronik, Prof Yangs team använde kreativt "snurrvågor" för att byta magnetisering. Spinnvågor sprider störningar i ordning av magnetiska material, och ur kvasipartikelsynpunkt, spinnvågor är kända som "magnoner".

Teamet byggde ett tvåskiktssystem bestående av en antiferromagnetisk magnontransportkanal och en topologisk isolator -spinnkälla. I världens första, de demonstrerade sedan framgångsrikt spinnvågsdriven magnetiseringsomkoppling i det intilliggande ferromagnetiska skiktet med hög effektivitet vid rumstemperatur.

Det nya kopplingsschemat baserat på spinnvågor kan undvika rörliga laddningar. Därför, mycket mindre Joule -värme och effektförlust skulle förväntas för enheter. Framsteget med spinnvågsbaserad växling kan öppna en ny väg för energieffektiva marker.

Resultaten av studien publicerades den 29 november 2019 i Vetenskap .

Snurrvågor och magnonmoment

"Snurrvågorna (magnoner) kan leverera spinninformation även i isolatorer utan att det rör sig om rörliga laddningar. Denna unika egenskap möjliggör längre spinnutbredning men med lägre avledning jämfört med elektronspinn, "förklarade Dr. Wang Yi, den första författaren till detta verk.

"Då kan vi styra magnetiseringen om vi överför spinninformationen från magnonerna till den lokala magnetiseringen, som kan förstås som 'magnonmoment, sade Wang. Precis som en linjär kraft är ett tryck eller ett drag, ett vridmoment kan ses som en vridning av ett föremål. "Därav, detta nya sätt att manipulera magnetiseringen kan användas för framtida dataminne och logiska enheter, " han lade till.

Potentiella applikationer och nästa steg

"Vårt arbete visar först att magnonmomentet är tillräckligt för att växla magnetiseringen vid rumstemperatur. Till och med magnonmomentets effektivitet är jämförbar med tidigare efterföljande elektrisk centrifugering. Vi tror att det kan förbättras avsevärt med tekniska enheter ytterligare, så att magnonmomentet blir mer energieffektivt, "Sa prof Yang.

"Vi vet att det elektriska centrifugeringsmomentet har öppnat eran för spintronicapplikationer som magnetiska random accessminnen (MRAM). Vi tror att vår rapport om det nya magnonmomentschemat för magnetiseringsbyte är en speländrande idé inom spintronics. Det kommer att stärka inte bara ett nytt forskningsområde inom magnonik, men också praktiska anordningar som drivs av magnoner, "Dr Wang sade.

Nästa, forskargruppen kommer att vidareutveckla effektiviteten hos magnonmoment och utforska alla magnonenheter utan att involvera elektriska delar. Dessutom, driftfrekvensen för spinnvågor ligger i terahertz -intervallet. Terahertz -enheter kan överföra data med betydligt högre hastigheter än vad som för närvarande är möjligt. "Därför, magnon -vridmomentbaserade enheter kommer att tillåta implementering av applikationer med extremt hög hastighet i framtiden, "Sa prof Yang.