Approaching The Terahertz Regime: Room Temperature Quantum Magnets Switch States Trillions Of Times Per Second

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Προσεγγίζοντας το καθεστώς terahertz: Οι κβαντικοί μαγνήτες θερμοκρασίας δωματίου αλλάζουν καταστάσεις τρισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο

Εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης υψηλής ανάλυσης της αντισιδηρομαγνητικής ένωσης που δείχνει στρώματα διαφορετικών υλικών (αριστερά). Διάγραμμα που δείχνει τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών (δεξιά). ΠΙΣΤΩΣΗ
©2023 Nakatsuji et al.

Περίληψη:
Μια κατηγορία μη πτητικές συσκευές μνήμης, που ονομάζονται MRAM, που βασίζονται σε κβαντικά μαγνητικά υλικά, μπορούν να προσφέρουν χίλιες επιδόσεις πέρα από τις τρέχουσες συσκευές μνήμης αιχμής. Τα υλικά που είναι γνωστά ως αντισιδηρομαγνήτες είχαν αποδειχθεί στο παρελθόν ότι αποθηκεύουν σταθερές καταστάσεις μνήμης, αλλά ήταν δύσκολο να διαβαστούν. Αυτή η νέα μελέτη ανοίγει έναν αποτελεσματικό τρόπο για την ανάγνωση των καταστάσεων μνήμης, με τη δυνατότητα να το κάνει και απίστευτα γρήγορα.

Προσεγγίζοντας το καθεστώς terahertz: Οι κβαντικοί μαγνήτες θερμοκρασίας δωματίου αλλάζουν καταστάσεις τρισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο

Τόκιο, Ιαπωνία | Δημοσιεύτηκε στις 20 Ιανουαρίου 2023

Μπορείτε πιθανώς να αναβοσβήσετε περίπου τέσσερις φορές το δευτερόλεπτο. Θα μπορούσατε να πείτε ότι αυτή η συχνότητα αναβοσβήνει είναι 4 hertz (κύκλοι ανά δευτερόλεπτο). Φανταστείτε να προσπαθείτε να αναβοσβήσετε 1 δισεκατομμύριο φορές το δευτερόλεπτο, ή σε 1 gigahertz, θα ήταν φυσικά αδύνατο για έναν άνθρωπο. Αλλά αυτή είναι η τρέχουσα τάξη μεγέθους στην οποία οι σύγχρονες ψηφιακές συσκευές υψηλής τεχνολογίας, όπως η μαγνητική μνήμη, αλλάζουν την κατάσταση τους καθώς εκτελούνται οι λειτουργίες. Και πολλοί άνθρωποι επιθυμούν να ωθήσουν τα όρια χίλιες φορές παραπέρα, στο καθεστώς ενός τρισεκατομμυρίου φορές το δευτερόλεπτο, ή terahertz.

Το εμπόδιο για την πραγματοποίηση ταχύτερων συσκευών μνήμης μπορεί να είναι τα υλικά που χρησιμοποιούνται. Τα τρέχοντα τσιπ MRAM υψηλής ταχύτητας, τα οποία δεν είναι ακόμη τόσο συνηθισμένα ώστε να εμφανίζονται στον οικιακό σας υπολογιστή, χρησιμοποιούν τυπικά μαγνητικά ή σιδηρομαγνητικά υλικά. Αυτά διαβάζονται χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται μαγνητοαντίσταση σήραγγας. Αυτό απαιτεί τα μαγνητικά συστατικά του σιδηρομαγνητικού υλικού να είναι ευθυγραμμισμένα σε παράλληλες διατάξεις. Ωστόσο, αυτή η διάταξη δημιουργεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που περιορίζει την ταχύτητα με την οποία μπορεί να διαβαστεί ή να εγγραφεί η μνήμη.

«Έχουμε κάνει μια πειραματική ανακάλυψη που ξεπερνά αυτόν τον περιορισμό, και είναι χάρη σε ένα διαφορετικό είδος υλικού, τους αντισιδηρομαγνήτες», δήλωσε ο καθηγητής Satoru Nakatsuji από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου του Τόκιο. «Οι αντισιδηρομαγνήτες διαφέρουν από τους τυπικούς μαγνήτες με πολλούς τρόπους, αλλά συγκεκριμένα, μπορούμε να τους τακτοποιήσουμε με τρόπους διαφορετικούς από τις παράλληλες γραμμές. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να αρνηθούμε το μαγνητικό πεδίο που θα προέκυπτε από παράλληλες διευθετήσεις. Θεωρείται ότι η μαγνήτιση των σιδηρομαγνητών είναι απαραίτητη για την ανάγνωση της μαγνητοαντίστασης σήραγγας από τη μνήμη. Εντυπωσιακά, ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι είναι επίσης δυνατό για μια ειδική κατηγορία αντισιδηρομαγνητών χωρίς μαγνήτιση και ελπίζουμε ότι μπορεί να αποδώσει σε πολύ υψηλές ταχύτητες.»

Ο Nakatsuji και η ομάδα του πιστεύουν ότι η αλλαγή των ταχυτήτων στο εύρος των terahertz είναι εφικτή και ότι αυτό είναι δυνατό και σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ προηγούμενες προσπάθειες απαιτούσαν πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες και δεν απέφεραν τόσο ελπιδοφόρα αποτελέσματα. Ωστόσο, για να βελτιώσει την ιδέα της, η ομάδα πρέπει να βελτιώσει τις συσκευές της και η βελτίωση του τρόπου με τον οποίο τις κατασκευάζει είναι το κλειδί.

«Αν και τα ατομικά συστατικά των υλικών μας είναι αρκετά γνωστά - μαγγάνιο, μαγνήσιο, κασσίτερος, οξυγόνο και ούτω καθεξής - ο τρόπος με τον οποίο τα συνδυάζουμε για να σχηματίσουμε ένα χρήσιμο συστατικό μνήμης είναι νέος και άγνωστος», δήλωσε ο ερευνητής Xianzhe Chen. «Καλλιεργούμε κρυστάλλους στο κενό, σε απίστευτα λεπτά στρώματα, χρησιμοποιώντας δύο διαδικασίες που ονομάζονται επιταξία μοριακής δέσμης και διασκορπισμός μαγνητρονίων. Όσο υψηλότερο είναι το κενό, τόσο πιο καθαρά είναι τα δείγματα που μπορούμε να αναπτύξουμε. Είναι μια εξαιρετικά απαιτητική διαδικασία και αν τη βελτιώσουμε, θα κάνουμε τη ζωή μας πιο εύκολη και θα παράγουμε επίσης πιο αποτελεσματικές συσκευές.»

Αυτές οι συσκευές αντισιδηρομαγνητικής μνήμης εκμεταλλεύονται ένα κβαντικό φαινόμενο γνωστό ως εμπλοκή ή αλληλεπίδραση εξ αποστάσεως. Ωστόσο, παρόλα αυτά, αυτή η έρευνα δεν σχετίζεται άμεσα με το όλο και πιο διάσημο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών. Ωστόσο, οι ερευνητές προτείνουν ότι εξελίξεις όπως αυτή μπορεί να είναι χρήσιμες ή ακόμα και ουσιαστικές για να οικοδομηθεί μια γέφυρα μεταξύ του τρέχοντος παραδείγματος των ηλεκτρονικών υπολογιστών και του αναδυόμενου πεδίου των κβαντικών υπολογιστών.

Χρηματοδότηση:
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε εν μέρει από το Πρόγραμμα JST-Mirai (αρ. JPMJMI20A1), το Πρόγραμμα ST-CREST (αρ. JPMJCR18T3, JST-PRESTO και JPMJPR20L7) και το JSPS KAKENHI (αρ. 21H04437 και 22H00290).

####

Σχετικά με το Πανεπιστήμιο του Τόκιο
Το Πανεπιστήμιο του Τόκιο είναι το κορυφαίο πανεπιστήμιο της Ιαπωνίας και ένα από τα κορυφαία ερευνητικά πανεπιστήμια στον κόσμο. Η τεράστια ερευνητική παραγωγή περίπου 6,000 ερευνητών δημοσιεύεται στα κορυφαία περιοδικά του κόσμου για τις τέχνες και τις επιστήμες. Το ζωντανό φοιτητικό μας σώμα που αποτελείται από περίπου 15,000 προπτυχιακούς και 15,000 μεταπτυχιακούς φοιτητές περιλαμβάνει περισσότερους από 4,000 διεθνείς φοιτητές. Μάθετε περισσότερα στη διεύθυνση www.u-tokyo.ac.jp/en/ ή ακολουθήστε μας στο Twitter στο @UTokyo_News_en.

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Media Επικοινωνία

Rohan Mehra
Πανεπιστήμιο του Τόκιο
Επικοινωνία ειδικού

Καθηγητής Satoru Nakatsuji
Το Πανεπιστήμιο του Τόκιο

Πνευματικά δικαιώματα © University of Tokyo

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: