Elementy spintroniczne

Elementy spintroniczne wyśmienicie nadają się do urządzeń zasilanych z baterii, ponieważ odwrócenie spinów nie wymaga wiele energii, a prąd między poszczególnymi operacjami można wyłączać. Odwrócenie spinu nie wpływa na energię kinetyczną cząstki, a więc w układach praktycznie nie wydziela się ciepło. Ponadto proces ten jest niezmiernie szybki w układach eksperymentalnych odwrócenie spinu trwało nie dłużej niż kilka pikosekund (bilionowych części sekundy). Do niedawna jednak wszystkie układy spintroniczne musiały zawierać metale ferromagnetyczne, które niełatwo wkomponować w układy scalone z zastosowaniem obecnych technologii. „Trudno sobie wyobrazić, jak rozmieścić malutkie magnesy w milionach różnych miejsc chipu, a następnie każdym z nich z osobna sterować. Nie jest to wprawdzie niemożliwe, ale bardzo trudne stwierdza Awschalom.Znacznie elegantszym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie już istniejących, wartych biliony dolarów instalacji produkcyjnych i użycie do gry w spiny pola elektrycznego”.

Po umieszczeniu elektronu w polu magnetycznym jego spin ulega precesji oś z nim związana kreśli okrąg. Po wyłączeniu pola magnetycznego spin elektronu zachowuje ustalony kierunek [ramka na poprzedniej stronie]. „Wykorzystując to zjawisko, można odwrócić orientację spinu, który raz będzie wskazywać «górę», a raz «dól», a zatem zmieniać informację, którą niesie elektron, z 1 na 0” wyjaśnia Flatté. Podczas gdy w elektronice informacje są zakodowane w postaci liczby i energii elektronów w obwodzie, w rodzącej się dopiero spintronice dane są związane z orientacją elektronu, a operacje logiczne polegają na obracaniu spinów tam i z powrotem [patrz: David D. Awschalom, Michael E. Flatté i Nitin Samarth „Spintronika”; Świat Nauki, sierpień 2002]. W tym roku Motorola uruchomiła produkcję spintronicznych chipów pamięci, tzw. MRAM (magnetycznych RAM). W odróżnieniu od tradycyjnych pamięci komputerowych kości MRAM nie tracą zapisanych danych po odłączeniu zasilania; elektrony zachowują orientacje spinów aż do ponownego włączenia prądu.

WRÓĆMY DO EINSTEINA i przypomnijmy sobie jego zaskakujące spostrzeżenie, że z pozycji szybko poruszającego się elektronu pole elektryczne wygląda jak magnetyczne. W pracy opublikowanej w styczniu zespól Awschaloma wykazał, że nałożenie na siebie dwóch warstw półprzewodników o nieco różnej strukturze wywołuje naprężenia, które są źródłem wewnętrznego pola elektrycznego. Pole ma obszary o dużym i małym natężeniu, które odgrywają rolę płotów na drodze elektronów przez półprzewodnik. „Teoria względności mówi, że dla poruszających się elektronów pole elektryczne jest po części polem magnetycznym”stwierdza badacz. Spiny elektronów rozpoczynają więc precesję jak chyboczące się bąki. „Mamy dwie metody oddziaływania na elektrony kontynuuje Awschalom. Pierwsza to zmiana napięcia, która decyduje o ich prędkości. Im szybciej poruszają się elektrony, tym silniejsze pole magnetyczne odbierają". I tym szybsza jest precesja spinów. Drugi trik polega na wykorzystaniu zależności naprężenia od kierunku. „Możemy też wpływać na elektrony, starannie dobierając kształt i kierunek kanału, w którym płyną" dodaje.

Na szczęście żyjemy w czasach w których mamy dostęp do wielu rzeczy, które mogą nam dostarczyć wielu niezapomnianych wrażeń. Świ…

Czytaj więcej

Krajowa Konferencja Menadżerów i Nauki swój debiut miała w 2007 roku. Okazała się tak udanym przedsięwzięciem, że postanowiono t…

Czytaj więcej

Nie ma chyba dnia, byśmy nie mieli okazji poznać nowego gadżetu opartego na niespotykanej dotąd technologii. Świat się nam rozwi…

Czytaj więcej

Handlowcy wydają swoje katalogi czy gazetki, w których doradzają co warto kupić. Oczywiście klient też na tym zyskuje, ale nie u…

Czytaj więcej