Есть большая вероятность, что вы когда-нибудь в этом десятилетии купили компьютер или смартфон. При просмотре описания вы могли заметить, что скорость таких устройств часто измеряется в гигагерцах (ГГц).
В настоящее время большинство устройств работают с частотой около нескольких гигагерц. Но прогресс ускоряется, и ищутся новые способы повысить частоту и производительность наших устройств. С этой целью исследователи UTokyo из Высшей школы инженерии и Высшей школы пограничных наук исследуют развивающуюся область спинтроники.
«Я надеюсь, что наше исследование приведет к созданию логических устройств и устройств памяти на основе спинтроники», – сказал Охя. «Через десятилетия люди должны увидеть спинтронные смартфоны и дата-центры.
Мы добьемся невероятного прироста производительности в таких областях, как искусственный интеллект и не только."
Спинтроника, также известная как «спиновая электроника», использует внутреннее свойство электронов, называемое спином, которое отвечает за магнитное поведение, для выполнения функций. Например, вычисления полагаются на переключаемые состояния физического материала как способ передачи информации.
Как правило, 1 и 0, составляющие двоичный код, представлены уровнями напряжения в проводах связи или магнитными состояниями магнитного металла на жестком диске. Чем быстрее переключение между состояниями, тем выше производительность устройства. В устройствах спинтроники состояния дискретной спиновой намагниченности представляют собой двоичные цифры.
Один из способов, которым исследователи создают это свойство, – облучать специальный магнитный материал короткими, но высокочастотными импульсами терагерцового излучения, аналогичного тому, который используется в сканерах тела в аэропорту.
Излучение переворачивает спины электронов в этом материале – ферромагнитном арсениде марганца (MnAs) – и, следовательно, его намагничивание менее чем за пикосекунду, на три порядка быстрее, чем переключаются транзисторы в микрочипах. Другие исследователи пытались это сделать раньше, но изменение магнитного поля в ответ на импульсы составило всего 1 процент, что слишком мало, чтобы иметь практическое применение.
Однако теперь Охя и его команда успешно продемонстрировали более значительное изменение намагниченности наночастиц MnAs, подвергшихся воздействию терагерцовых импульсов. Этот более высокий отклик в 20 процентов означает, что он может быть более полезным в исследованиях и намекает на возможные будущие приложения.
Их уловка заключалась в том, чтобы использовать электрическую составляющую терагерцового электромагнитного излучения, а не магнитную составляющую.
«До сих пор исследователи в этой области использовали ферромагнитные металлические пленки для изучения терагерцовой модуляции намагниченности, но они препятствовали энергии излучения», – сказал Охя. «Вместо этого мы встроили наши ферромагнитные наночастицы в полупроводниковую пленку толщиной 100 нанометров. Это значительно меньше препятствует излучению, поэтому электрическое поле терагерцового диапазона равномерно достигает и переворачивает спины и, следовательно, намагниченность наночастиц."