Новая альтернатива традиционным полупроводникам успешно прошла тестирование ученых

06.09.2010

Исследователи из Университета штата Огайо (США) и Висконсинского университета в Мэдисоне (США) нашли способ для хранения данных на запоминающем устройстве на основе пластика. Принцип действия нового устройства основан на спиновых свойствах электронов – способности ориентироваться под действием магнитного поля.

Электроны могут быть поляризованы и ориентироваться в определенных направлениях, как магниты. Эта ориентация называется спин.

Спинтроникой называют новый раздел электроники, в котором рассматриваются практические способы представления информации с помощью спина электрона. Спинтронные устройства, как ожидается, смогут хранить больше данных на меньшем пространстве, быстрее обрабатывать данные и потреблять меньше энергии.

Статья, в которой Артур Эпштейн (Arthur Epstein) и его коллеги рассказывают о создании прототипа спинтронного устройства из пластика с использованием технологий современной компьютерной индустрии, опубликована в августовском выпуске журнала Nature Materials за 2010г.

На данный момент устройство является не более чем тонкой полоской синего магнита на органической основе покрытой металлическим ферромагнетиком и подсоединенной к двум электродам. (Ферромагнит – это магнит, сделанный из черных металлов, таких как железо. Обычные магнитики на холодильник являются ферромагнетиками.) Тем не менее, исследователи успешно записали, а затем считали данные с устройства, управляя спинами электронов с помощью магнитного поля.

Артур Эпштейн, заслуженный профессор Университета физики и химии и директор Института магнитных и электронных полимеров штата Огайо, описывает созданный прототип как гибрид полупроводника из органических материалов и специального магнитного полимера с полупроводниковыми свойствами. По его словам, примененная технология является мостом между современными компьютерами и полностью полимерными, спинтронными компьютерами, которым он и его партнеры надеются дать возможность появится в будущем.

В обычной электронике кодировка компьютерных данных происходит на основе двоичного кода из нулей и единиц, в зависимости от наличия или отсутствия электрона. Но ученым уже давно известна способность электронов при поляризации ориентироваться в определенных направлениях, как стержневой магнит. Они называют такую поляризацию «спин» (в зависимости от ориентации, «спин вверх» или «спин вниз»), и работают над способом хранения данных с использованием спина. Таким образом, электронные устройства, называемы спинтронными, позволят компьютерам эффективно хранить и передавать в два раз больше информации на один электрон.

«Спинтроника часто рассматривается только как способ получения большее информации из электрона, но на самом деле это переход к электронике следующего поколения», - считает Эпштейн. «С помощью спинов, мы могли бы решить многие проблемы, стоящие перед современными компьютерами».

Стандартные платы используют большое количество энергии. Проход электронов через них создает тепло, и для охлаждения требуется очень много энергии. Производители чипов ограничены тем насколько близко они могут упаковать схемы, чтобы избежать перегрева.

Перемена спина электрона требует меньше энергии и едва ли производит тепло, а это означает, что спинтронные устройства смогут работать на меньших батареях. Если бы они были сделаны полностью из пластика, такие устройства были бы легкими и гибкими.

«Наше главное достижение заключается в том, что мы применили магнитный полупроводник на полимерной основе в качестве поляризатора спина (что значит, мы можем сохранять данные (спин вверх и вниз) на нем, используя крошечные магнитные поля) и детектора спина (т.е. мы можем считать записанные данные)», - сказал он. «Сейчас мы приблизились к созданию устройства полностью состоящего из органических материалов».

Используемый в этом исследовании магнитный полупроводниковый полимер, ванадий тетрациаоэнтанид, является первым магнитом на органической основе, который работает при температурах выше комнатной. Он был разработан Эпштейном и его давним коллегой Джоэлом С. Миллером (Joel S. Miller) из Университета штата Юта (США).

В прототипе устройства электроны попадают в полимер, а магнитное поле ориентирует их спин вверх или вниз. Электроны могут затем перейти в обычный магнитный слой, но только если спин электронов ориентирован также. Если это не так, сопротивление является слишком высоким для прохода электронов. Так ученые могут считывать данные со своего устройства, основываясь на том, смог ли электрон пройти.

В ходе исследований ученые воздействовали на материал магнитным полем, сила которого менялась во времени. Чтобы определить, записал ли материал магнитную структуру и функционирует ли он в качестве хорошего инжектора/детектора спина, они измеряли электрический ток, проходящий через два магнитных слоя. Этот метод аналогичен тому, как в современных компьютерах осуществляется чтение и запись данных на магнитных жестких дисках. В результате, ученым удалось получить магнитные данные в полном объеме, именно в том виде, в котором они их записывали.

Источник: http://researchnews.osu.edu/archive/spindata.htm