Sikeresen tesztelték a spintronikán alapuló memóriát

Az Ohio Állami Egyetem kutatói bemutatták az első műanyag számítógépes memória eszközt, ami az adatok írásához és olvasásához az elektronok spinjét, vagyis az elektronon belüli forgástengely impulzusmomentumát használja fel.

A hagyományos mikroelektronika alternatívájaként tekintett "spintronika" kisebb helyen nagyobb adattárolást valósít meg, gyorsítja az adatfeldolgozást és kevesebb energiát fogyaszt a jelenlegi megoldásoknál. Jelenleg az eszköz csupán egy vékony sötétkék szerves mágnes, amire egy ferromágneses anyagréteget helyeztek, és két elektromos vezetékhez kötöttek. Azonban a kutatóknak ezzel az apparátussal is sikerült adatokat rögzíteniük, majd az elektronok spinjének irányításával visszanyerni azokat.

A kutatást vezető Arthur J. Epstein fizika és kémia professzor, az egyetem Mágneses és Elektromos Polimerek Intézetének igazgatója elmondta, a speciális mágneses polimer félvezetőből és a szerves anyagokból készült félvezetőből nyert hibriddel egy hidat képeztek a mai számítógépek és a jövő teljesen műanyag, spintronikus számítógépei között. A hagyományos elektronikák binárisan, egyesekkel és nullákkal kódolják a számítógépes adatokat az elektronok elhelyezkedésétől függően. A kutatók azonban régóta tudják, hogy az elektronok polarizálhatók, ezáltal egy adott irányba igazíthatják őket, mint egy mágnesrudat. Ezt az irány meghatározást nevezik spinnek, magyarul pörgésnek, ami történhet "felfelé" vagy "lefelé".

Több kutatás is foglalkozik a spin alapú adattárolással, mivel a spintronika kétszeres adattárolást és adatátvitelt tesz lehetővé elektrononként, a magasabb adatsűrűség azonban csak egy része a teljes történetnek. "A spintronikára általában csak a nagyobb információ kinyerés egy módjaként tekintenek, pedig valójában mindez az elektronika következő generációja felé történő elmozdulásról szól" - mondta Epstein. "Számos mai számítástechnikai problémát meg tudnánk oldani a spintronika alkalmazásával."

A mai áramköri lapok rengeteg energiát használnak. Az elektronok mozgásával hő keletkezik, ennek elvezetése ugyancsak energiát igényel. A processzorgyártók kezét megköti a túlmelegedés, így nem zsúfolhatnak egy bizonyos áramkör mennyiségnél többet egy adott lapra. Egy elektron spinjének a megfordítása minimális energiát igényel, és szinte alig keletkezik hő, emelte ki a professzor. Ez azt jelenti, hogy a spintronikus eszközök kisebb akkukkal is működtethetők lennének, ha pedig műanyagból készülnének, akkor rugalmasak és könnyűek lennének. "Nagyon szeretnénk a hordozható elektronikákat elvinni a spin platform irányába" - mondta Epstein.

A tanulmányban szereplő mágneses polimer félvezető vanádium tetraciano-etilén az első szerves alapú mágnes, ami szobahőmérsékleten, illetve afölött üzemel. "Fő vívmányunk, hogy spin polarizálóként alkalmaztuk ezt a polimer alapú mágnes félvezetőt, vagyis egy apró mágneses mező alkalmazásával képesek voltunk adatot menteni, továbbá egy spin detektort is kaptunk, amivel visszaolvastuk az adatokat" - mondta. "Most már közelebb kerültünk egy teljes egészében szerves anyagból álló eszköz megalkotásához."

A prototípusban az elektronok belépnek a polimerbe, ahol egy mágneses mező megadja a szükséges orientációt a lefelé vagy felfelé pörgéshez. Ezután az elektronok tovább haladnak egy hagyományos mágneses rétegbe, de csak akkor léphetnek be, ha az elektronok spinje ugyanabba az irányba orientálódik. Amennyiben ez nem teljesül, túlságosan nagy ellenállás keletkezik az elektronok áthaladásához. A magas és alacsony ellenállások mérésével kiolvashatóvá válnak a spin adatok.

A teszteléshez a kutatók egy váltakozó erősségű mágneses mezőnek tették ki az anyagot. A mágneses séma rögzítésének ellenőrzéséhez, valamint a spin befecskendezés és detektálás ellenőrzéséhez a kutatók megmérték a két mágneses réteg között áthaladó elektromos áramot. Ez a módszer hasonló ahhoz, amivel a számítógépek adatot írnak és olvasnak egy mágneses merevlemezen. Az eredmény Jung-Woo Yoo, a mágneses polimer félvezető egyik kifejlesztője szerint tökéletes volt, teljes egészében, pontosan úgy nyerték vissza az adatokat, ahogy azokat eltárolták.

A szabadalmaztatott technológiát könnyedén át lehet ültetni az iparba. "Bármely gyár, ahol számítógép chipeket gyártanak, képes az előállításukra, valamint esetünkben szobahőmérsékleten készítettük el az eszközt, az eljárás pedig rendkívül környezetbarát" - tette hozzá Yoo.