Nærmer sig Terahertz-regimet: Rumtemperatur-kvantemagneter skifter stater billioner af gange i sekundet

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Home > Presse > Nærmer sig terahertz-regimet: Rumtemperatur kvantemagneter skifter tilstande billioner af gange i sekundet

Transmissionselektronmikroskopi i høj opløsning af det antiferromagnetiske kryds, der viser lag af forskellige materialer (til venstre). Diagram, der viser materialernes magnetiske egenskaber (højre). KREDIT
©2023 Nakatsuji et al.

Abstract:
En klasse af ikke-flygtige hukommelsesenheder, kaldet MRAM, baseret på kvantemagnetiske materialer, kan tilbyde en tusinddobbelt ydeevne ud over de nuværende state-of-the-art hukommelsesenheder. Materialerne kendt som antiferromagneter har tidligere vist sig at gemme stabile hukommelsestilstande, men de var svære at læse fra. Denne nye undersøgelse baner en effektiv måde at læse hukommelsestilstande på, med potentialet til også at gøre det utroligt hurtigt.

Nærmer sig terahertz-regimet: Kvantemagneter i rumtemperatur skifter tilstande billioner af gange i sekundet

Tokyo, Japan | Udgivet den 20. januar 2023

Du kan sandsynligvis blinke omkring fire gange i sekundet. Man kan sige, at denne blinkefrekvens er 4 hertz (cyklusser pr. sekund). Forestil dig at prøve at blinke 1 milliard gange i sekundet, eller ved 1 gigahertz, ville det være fysisk umuligt for et menneske. Men dette er den nuværende størrelsesorden, hvor moderne high-end digitale enheder, såsom magnetisk hukommelse, skifter tilstand, efterhånden som operationer udføres. Og mange mennesker ønsker at skubbe grænsen tusind gange længere, ind i regimet på en billion gange i sekundet, eller terahertz.

Barrieren for at realisere hurtigere hukommelsesenheder kan være de anvendte materialer. Nuværende højhastigheds-MRAM-chips, som endnu ikke er så almindelige, at de vises på din hjemmecomputer, gør brug af typiske magnetiske eller ferromagnetiske materialer. Disse aflæses ved hjælp af en teknik kaldet tunneling magnetoresistens. Dette kræver, at de magnetiske bestanddele af ferromagnetisk materiale er opstillet i parallelle arrangementer. Dette arrangement skaber dog et stærkt magnetfelt, som begrænser den hastighed, hvormed hukommelsen kan læses fra eller skrives til.

"Vi har lavet et eksperimentelt gennembrud, der overgår denne begrænsning, og det er takket være en anden slags materiale, antiferromagneter", sagde professor Satoru Nakatsuji fra University of Tokyos Institut for Fysik. ”Antiferromagneter adskiller sig fra typiske magneter på mange måder, men især kan vi arrangere dem på andre måder end parallelle linjer. Dette betyder, at vi kan ophæve det magnetiske felt, der ville være resultatet af parallelle arrangementer. Det menes, at magnetiseringen af ferromagneter er nødvendig for at tunnelere magnetoresistens til at læse fra hukommelsen. Påfaldende nok fandt vi dog ud af, at det også er muligt for en særlig klasse af antiferromagneter uden magnetisering, og forhåbentlig kan den fungere ved meget høje hastigheder."

Nakatsuji og hans team mener, at det er muligt at skifte hastigheder i terahertz-området, og at dette også er muligt ved stuetemperatur, mens tidligere forsøg krævede meget koldere temperaturer og ikke gav så lovende resultater. Men for at forbedre sin idé skal teamet forfine sine enheder, og det er nøglen at forbedre den måde, det fremstiller dem på.

"Selvom de atomare bestanddele af vores materialer er ret velkendte - mangan, magnesium, tin, oxygen og så videre - er måden, hvorpå vi kombinerer dem til at danne en brugbar hukommelseskomponent, ny og ukendt," sagde forsker Xianzhe Chen. "Vi dyrker krystaller i et vakuum, i utroligt fine lag ved hjælp af to processer kaldet molekylær stråleepitaxi og magnetronforstøvning. Jo højere vakuum, jo renere prøver kan vi dyrke. Det er en ekstremt udfordrende procedure, og hvis vi forbedrer den, vil vi gøre vores liv lettere og også producere mere effektive enheder."

Disse antiferromagnetiske hukommelsesenheder udnytter et kvantefænomen kendt som sammenfiltring eller interaktion på afstand. Men på trods af dette er denne forskning ikke direkte relateret til det stadig mere berømte felt af kvanteberegning. Forskere foreslår dog, at udviklinger som denne kan være nyttige eller endda essentielle for at bygge en bro mellem det nuværende paradigme for elektronisk databehandling og det nye felt af kvantecomputere.

Finansiering:
Dette arbejde blev delvist støttet af JST-Mirai-programmet (nr. JPMJMI20A1), ST-CREST-programmet (nr. JPMJCR18T3, JST-PRESTO og JPMJPR20L7) og JSPS KAKENHI (nr. 21H04437 og 22H00290).

####

Om University of Tokyo
University of Tokyo er Japans førende universitet og et af verdens førende forskningsuniversiteter. Det enorme forskningsresultat fra omkring 6,000 forskere er publiceret i verdens førende tidsskrifter inden for kunst og videnskab. Vores livlige studerende på omkring 15,000 bachelor- og 15,000 kandidatstuderende omfatter over 4,000 internationale studerende. Find ud af mere på www.u-tokyo.ac.jp/en/ eller følg os på Twitter på @UTokyo_News_en.

For mere information, klik link.

Kontaktpersoner:
Media Kontakt

Rohan Mehra
University of Tokyo
Ekspertkontakt

Professor Satoru Nakatsuji
University of Tokyo

Hvis du har en kommentar, tak Kontakt os.

Udstedere af nyhedsudgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlige for indholdets nøjagtighed.

Bogmærke: