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

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विभिन्न सामग्रियों की परतों को दिखाते हुए एंटीफेरोमैग्नेटिक जंक्शन की उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवि (बाएं)। सामग्री के चुंबकीय गुणों को दर्शाने वाला आरेख (दाएं)। श्रेय
©2023 नाकत्सुजी एट अल।

सार:
गैर-वाष्पशील स्मृति उपकरणों की एक श्रेणी, जिसे एमआरएएम कहा जाता है, क्वांटम चुंबकीय सामग्री पर आधारित है, वर्तमान अत्याधुनिक स्मृति उपकरणों से परे एक हजार गुना प्रदर्शन की पेशकश कर सकता है। एंटीफेरोमैग्नेट्स के रूप में जानी जाने वाली सामग्री को पहले स्थिर मेमोरी स्टेट्स को स्टोर करने के लिए प्रदर्शित किया गया था, लेकिन इससे पढ़ना मुश्किल था। यह नया अध्ययन मेमोरी स्टेट्स को पढ़ने के लिए एक कुशल तरीका प्रदान करता है, साथ ही ऐसा अविश्वसनीय रूप से जल्दी से भी करने की क्षमता रखता है।

टेराहर्ट्ज़ शासन को स्वीकार करना: कमरे के तापमान क्वांटम मैग्नेट प्रति सेकंड अरबों बार राज्यों को स्विच करते हैं

टोक्यो, जापान | 20 जनवरी 2023 को पोस्ट किया गया

आप शायद एक सेकंड में लगभग चार बार पलकें झपका सकते हैं। आप कह सकते हैं कि पलक झपकने की यह आवृत्ति 4 हर्ट्ज़ (चक्र प्रति सेकंड) है। एक सेकंड में 1 अरब बार या 1 गीगाहर्ट्ज़ पर पलक झपकने की कल्पना करें, यह एक इंसान के लिए शारीरिक रूप से असंभव होगा। लेकिन यह परिमाण का वर्तमान क्रम है जिसमें समकालीन हाई-एंड डिजिटल डिवाइस, जैसे चुंबकीय मेमोरी, संचालन के रूप में अपने राज्यों को स्विच करते हैं। और बहुत से लोग सीमा को एक हज़ार गुना आगे बढ़ाना चाहते हैं, एक ट्रिलियन गुना प्रति सेकंड या टेराहर्ट्ज़ के शासन में।

तेज मेमोरी उपकरणों को साकार करने में बाधा उपयोग की जाने वाली सामग्री हो सकती है। वर्तमान हाई-स्पीड एमआरएएम चिप्स, जो अभी तक आपके घर के कंप्यूटर में दिखाई देने वाले सामान्य नहीं हैं, विशिष्ट चुंबकीय, या फेरोमैग्नेटिक, सामग्रियों का उपयोग करते हैं। इन्हें टनलिंग मैग्नेटोरेसिस्टेंस नामक तकनीक का उपयोग करके पढ़ा जाता है। इसके लिए फेरोमैग्नेटिक सामग्री के चुंबकीय घटकों को समानांतर व्यवस्था में पंक्तिबद्ध करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, यह व्यवस्था एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाती है जो उस गति को सीमित करती है जिस पर मेमोरी को पढ़ा या लिखा जा सकता है।

"हमने एक प्रायोगिक सफलता हासिल की है जो इस सीमा को पार कर गई है, और यह एक अलग तरह की सामग्री, एंटीफेरोमैग्नेट्स के लिए धन्यवाद है", टोक्यो विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग के प्रोफेसर सटोरू नकात्सुजी ने कहा। "एंटीफेरोमैग्नेट्स विशिष्ट मैग्नेट से कई मायनों में भिन्न होते हैं, लेकिन विशेष रूप से, हम उन्हें समानांतर रेखाओं के अलावा अन्य तरीकों से व्यवस्थित कर सकते हैं। इसका मतलब है कि हम समानांतर व्यवस्था से उत्पन्न होने वाले चुंबकीय क्षेत्र को नकार सकते हैं। ऐसा माना जाता है कि मेमोरी से पढ़ने के लिए मैग्नेटोरेसिस्टेंस को टनलिंग करने के लिए फेरोमैग्नेट्स का मैग्नेटाइजेशन आवश्यक है। आश्चर्यजनक रूप से, हालांकि, हमने पाया कि बिना चुंबकीयकरण के एंटीफेरोमैग्नेट्स के एक विशेष वर्ग के लिए भी यह संभव है, और उम्मीद है कि यह बहुत तेज गति से प्रदर्शन कर सकता है।

नाकात्सुजी और उनकी टीम को लगता है कि टेराहर्ट्ज़ रेंज में स्विचिंग गति प्राप्त करने योग्य है, और यह कमरे के तापमान पर भी संभव है, जबकि पिछले प्रयासों में बहुत ठंडे तापमान की आवश्यकता थी और इस तरह के आशाजनक परिणाम नहीं मिले। हालाँकि, अपने विचार में सुधार करने के लिए, टीम को अपने उपकरणों को परिष्कृत करने की आवश्यकता है, और जिस तरह से यह उन्हें बनाता है, उसमें सुधार करना महत्वपूर्ण है।

"हालांकि हमारी सामग्रियों के परमाणु घटक काफी परिचित हैं - मैंगनीज, मैग्नीशियम, टिन, ऑक्सीजन, और इसी तरह - जिस तरह से हम उन्हें एक प्रयोग करने योग्य स्मृति घटक बनाने के लिए जोड़ते हैं, वह उपन्यास और अपरिचित है," शोधकर्ता जियानझे चेन ने कहा। "हम आणविक बीम एपिटॉक्सी और मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग नामक दो प्रक्रियाओं का उपयोग करके अविश्वसनीय रूप से ठीक परतों में एक वैक्यूम में क्रिस्टल विकसित करते हैं। जितना अधिक निर्वात होगा, उतने ही शुद्ध नमूने हम विकसित कर सकते हैं। यह एक अत्यंत चुनौतीपूर्ण प्रक्रिया है और यदि हम इसमें सुधार करते हैं, तो हम अपने जीवन को आसान बना सकेंगे और अधिक प्रभावी उपकरण भी तैयार कर सकेंगे।"

ये एंटीफेरोमैग्नेटिक मेमोरी डिवाइस एक क्वांटम घटना का फायदा उठाते हैं जिसे उलझाव या दूरी पर बातचीत के रूप में जाना जाता है। लेकिन इसके बावजूद, यह शोध सीधे क्वांटम कंप्यूटिंग के तेजी से प्रसिद्ध क्षेत्र से संबंधित नहीं है। हालांकि, शोधकर्ताओं का सुझाव है कि इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग के मौजूदा प्रतिमान और क्वांटम कंप्यूटर के उभरते क्षेत्र के बीच पुल बनाने के लिए इस तरह के विकास उपयोगी या आवश्यक भी हो सकते हैं।

अनुदान:
इस कार्य को आंशिक रूप से JST-Mirai प्रोग्राम (संख्या JPMJMI20A1), ST-CREST प्रोग्राम (संख्या JPMJCR18T3, JST-PRESTO और JPMJPR20L7) और JSPS KAKENHI (संख्या 21H04437 और 22H00290) द्वारा समर्थित किया गया था।

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