Autor: SITA, 27. augusta 2012 11:11

Výskumníkom z IBM sa ako prvým podarilo zosynchronizovať spin elektrónov a vytvoriť trvácne zoskupenie potrebné na výrobu magnetických polovodičov.

Výskumné oddelenie IBM v spolupráci s vedcami z významnej univerzity ETH v Zürichu odhalilo prvé trvácnejšie zoskupenie spinov elektrónov (persistent spin helix) v polovodiči. Vďaka tomu ich bude možné využiť na ukladanie, presun a spracovávanie dát. Až doteraz nebolo celkom jasné, či bude možné využiť spin elektrónov na udržanie informácií na dostatočne dlhú dobu. IBM a ETH demonštrovali 30-násobne predĺženú synchronizáciu natočenia elektrónov v dĺžke až 1,1 nanosekundy, čo je približne čas jedného cyklu 1GHz procesoru.

Vedci už dávnejšie zistili, že je možné meniť orientáciu elektrónu v priestore, teda meniť jeho spin a túto vlastnosť využiť pre zaznamenanie informácie. Spintronika je teda alternatíva k tradičnej mikroelektronike, používajúca informáciu o spine častíc. Nový objav by umožnil uloženie väčšieho množstva dát v menšom priestore, väčšiu rýchlosť spracovávania dát a nižšiu spotrebu energie. Čiastočne rieši aj problém generovania odpadového tepla v čipoch, ktoré vzniká pri pohybe elektrónov.



Dnešná technológia má limitované možnosti, pretože rozmery polovodičov sa zmenšujú až do bodu, kde je tok elektrónov nekontrolovateľný. Spintronika by mohla tento problém prekonať využitím spinu elektrónov namiesto ich premiestnenia. Tieto nové poznatky v spintronike dávaju vedcom nielen iba kontrolu nad magnetickým pohybom častíc v zariadeniach, ale otvárajú možnosti vo vytváraní nových energeticky efektívnych zariadení.

Základom technológie je, aby boli všetky elektróny natočené žiadaným smerom. Kontrolovanie natočenia elektrónu je dôležitý krok vo vývoji polovodičov, ktoré sú elektricky programovateľné. Vedci použili ultra krátke laserové pulzy, aby sledovali vývoj tisícky elektrónových spinov na malom mieste. Zvyčajne sa spiny náhodne otáčali a rýchlo stratili orientáciu. Teraz vedci po prvýkrát pozorovali ako sa spiny zoradili do stáleho pravidelného tvaru.

Tento koncept bol teoreticky načrtnutý už v roku 2003, ale doteraz neboli výsledky reálne pozorovateľné. Synchronizácia spinu elektrónu umožnila odsledovať presun elektrónov, ktoré prešli vzdialenosť 10 mikrometrov, čím sa zvýšila možnosť využitia spinov na spracovanie logických operácií a to rýchlo a energeticky efektívne.

Výskumníci tento výsledok dosiahli u elektrónov v polovodiči GaAs, arzenid gália. Polovodičový materiál GaAs, vytvorený vedcami ETH, je bežne používaný pri výrobe integrovaných obvodov, infačervených led diód a efektívnych solárnych článkoch. Použitie spintroniky v praxi zostáva naďalej veľkou výzvou, pretože dosiahnuté výsledky výskumu boli zaznamenané pri teplote -233 stupňov Celzia.