La moderna memoria del computer codifica le informazioni commutando i bit magnetici all'interno dei dispositivi. Ora, uno studio innovativo condotto da ricercatori di NUS Electrical and Computer Engineering ha trovato un nuovo modo efficiente di utilizzare le "onde di spin" per commutare la magnetizzazione a temperatura ambiente per dispositivi logici e di memoria di spin più efficienti dal punto di vista energetico.

I chip elettronici tradizionali soffrono di un notevole "calore Joule, " che si verifica a causa del flusso di una corrente elettrica che produce alte temperature. È causato da un movimento rapido e da frequenti collisioni tra cariche in movimento all'interno dei dispositivi. Questo grave problema non solo causa una grande quantità di dissipazione di potenza, ma ostacola anche la velocità di elaborazione del chip e limita il numero di chip che possono essere incorporati negli apparecchi.

"Riscontriamo sempre tali problemi e inconvenienti quando utilizziamo i nostri telefoni, computer e altri dispositivi elettronici. Spesso scopriamo che questi dispositivi stanno diventando "caldi" e "lenti, ' Inoltre, dobbiamo caricarli frequentemente e dobbiamo portare un altro caricabatterie portatile a volte, " ha spiegato il professor Yang Hyunsoo, il capogruppo di questa ricerca.

Così, piuttosto che adottare metodi di iniezione di elettroni standard utilizzati nell'elettronica tradizionale, Il team del professor Yang ha usato creativamente le "onde di spin" per cambiare la magnetizzazione. Le onde di spin stanno propagando disturbi nell'ordinamento dei materiali magnetici, e dal punto di vista delle quasiparticelle, le onde di spin sono note come "magnon".

Il team ha costruito un sistema a doppio strato costituito da un canale di trasporto magnon antiferromagnetico e una sorgente di spin dell'isolante topologico. In una prima mondiale, hanno quindi dimostrato con successo la commutazione della magnetizzazione guidata dall'onda di spin nello strato ferromagnetico adiacente con un'elevata efficienza a temperatura ambiente.

Il nuovo schema di commutazione basato sulle onde di spin può evitare lo spostamento delle cariche. Perciò, molto meno calore Joule e dissipazione di potenza ci si aspetterebbe per i dispositivi. Il progresso della commutazione basata sull'onda di rotazione potrebbe aprire una nuova strada per i chip ad alta efficienza energetica.

I risultati dello studio sono stati pubblicati il ​​29 novembre 2019 in Scienza .

Onde di spin e coppia di Magnon

"Le onde di spin (magnon) possono fornire informazioni di spin anche negli isolanti senza coinvolgere cariche in movimento. Questa proprietà unica consente potenzialmente una propagazione di spin più lunga ma con una dissipazione inferiore rispetto agli spin degli elettroni, " ha spiegato il dottor Wang Yi, il primo autore di quest'opera.

"Quindi possiamo controllare la magnetizzazione se trasferiamo le informazioni di spin dai magnon alla magnetizzazione locale, che possono essere intese come "coppie magnoniche, '" ha detto il dottor Wang. Proprio come una forza lineare è una spinta o una trazione, una coppia può essere pensata come una torsione a un oggetto. "Quindi, questo nuovo modo di manipolare la magnetizzazione può essere utilizzato per future memorie dati e dispositivi logici, " Ha aggiunto.

Potenziali applicazioni e prossimi passi

"Il nostro lavoro mostra innanzitutto che la coppia Magnon è sufficiente per commutare la magnetizzazione a temperatura ambiente. Anche l'efficienza della coppia Magnon è paragonabile all'efficienza della coppia di rotazione elettrica precedentemente perseguita. Riteniamo che possa essere sostanzialmente migliorata da dispositivi ingegneristici ulteriormente, in modo che la coppia Magnon diventi più efficiente dal punto di vista energetico, "Ha detto il professor Yang.

"Sappiamo che la coppia di spin elettrica ha aperto l'era per le applicazioni dei dispositivi spintronici come le memorie magnetiche ad accesso casuale (MRAM). Riteniamo che il nostro rapporto sul nuovo schema di coppia di Magnon per la commutazione della magnetizzazione sia un'idea rivoluzionaria nella spintronica. rinvigorire non solo una nuova area di ricerca in magnonica, ma anche pratici dispositivi azionati da magnon, " ha dichiarato il dottor Wang.

Prossimo, il team di ricerca progetterà ulteriormente l'efficienza delle coppie Magnon ed esplorerà tutti i dispositivi Magnon senza coinvolgere parti elettriche. Inoltre, la frequenza operativa delle onde di spin è nell'intervallo dei terahertz. I dispositivi Terahertz possono trasmettere dati a velocità notevolmente superiori a quelle attualmente possibili. "Perciò, i dispositivi basati sulla coppia Magnon consentiranno l'implementazione di applicazioni ad altissima velocità in futuro, "Ha detto il professor Yang.