Het naderen van het Terahertz-regime: Kwantummagneten bij kamertemperatuur schakelen biljoenen keren per seconde van toestand

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Home > Media > Het naderen van het terahertz-regime: kwantummagneten op kamertemperatuur wisselen biljoenen keren per seconde van toestand

Transmissie-elektronenmicroscopiebeeld met hoge resolutie van de antiferromagnetische junctie met lagen van verschillende materialen (links). Diagram met de magnetische eigenschappen van de materialen (rechts). CREDIT
©2023 Nakatsuji et al.

Abstract:
Een klasse van niet-vluchtige geheugenapparaten, MRAM genaamd, op basis van kwantummagnetische materialen, kan duizendvoudige prestaties bieden die de huidige ultramoderne geheugenapparaten overtreffen. Van de materialen die bekend staan als antiferromagneten is eerder aangetoond dat ze stabiele geheugentoestanden kunnen opslaan, maar ze waren moeilijk af te lezen. Deze nieuwe studie baant een efficiënte manier om de geheugenstatussen te lezen, met de mogelijkheid om dit ook ongelooflijk snel te doen.

Het naderen van het terahertz-regime: kwantummagneten op kamertemperatuur wisselen biljoenen keren per seconde van toestand

Tokio, Japan | Geplaatst op 20 januari 2023

U kunt waarschijnlijk ongeveer vier keer per seconde knipperen. Je zou kunnen zeggen dat deze knipperfrequentie 4 hertz is (cycli per seconde). Stel je voor dat je 1 miljard keer per seconde probeert te knipperen, of met 1 gigahertz, dat zou fysiek onmogelijk zijn voor een mens. Maar dit is de huidige orde van grootte waarin hedendaagse high-end digitale apparaten, zoals magnetisch geheugen, van status wisselen terwijl bewerkingen worden uitgevoerd. En veel mensen willen de grens duizend keer verder verleggen, naar het regime van een biljoen keer per seconde, of terahertz.

De barrière voor het realiseren van snellere geheugenapparaten kan de gebruikte materialen zijn. De huidige snelle MRAM-chips, die nog niet zo gewoon zijn dat ze in uw thuiscomputer verschijnen, maken gebruik van typische magnetische of ferromagnetische materialen. Deze worden gelezen met behulp van een techniek genaamd tunneling magnetoweerstand. Dit vereist dat de magnetische bestanddelen van ferromagnetisch materiaal parallel worden opgesteld. Deze opstelling creëert echter een sterk magnetisch veld dat de snelheid beperkt waarmee het geheugen kan worden gelezen of beschreven.

"We hebben een experimentele doorbraak gemaakt die deze beperking overtreft, en dat is te danken aan een ander soort materiaal, antiferromagneten", zei professor Satoru Nakatsuji van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Tokyo. "Antiferromagneten verschillen in veel opzichten van typische magneten, maar we kunnen ze vooral op andere manieren rangschikken dan parallelle lijnen. Dit betekent dat we het magnetische veld kunnen negeren dat het gevolg zou zijn van parallelle opstellingen. Er wordt gedacht dat de magnetisatie van ferromagneten nodig is om magnetoweerstand te tunnelen om uit het geheugen te lezen. Opvallend is echter dat we ontdekten dat het ook mogelijk is voor een speciale klasse antiferromagneten zonder magnetisatie, en hopelijk kan het presteren bij zeer hoge snelheden.”

Nakatsuji en zijn team denken dat schakelsnelheden in het terahertz-bereik haalbaar zijn, en dat dit ook mogelijk is bij kamertemperatuur, terwijl eerdere pogingen veel lagere temperaturen vereisten en niet zulke veelbelovende resultaten opleverden. Om het idee te verbeteren, moet het team echter zijn apparaten verfijnen, en het verbeteren van de manier waarop het ze fabriceert, is essentieel.

"Hoewel de atomaire bestanddelen van onze materialen redelijk bekend zijn - mangaan, magnesium, tin, zuurstof, enzovoort - is de manier waarop we ze combineren om een bruikbare geheugencomponent te vormen nieuw en onbekend", zei onderzoeker Xianzhe Chen. "We laten kristallen in een vacuüm groeien, in ongelooflijk fijne lagen met behulp van twee processen die moleculaire bundelepitaxie en magnetronsputteren worden genoemd. Hoe hoger het vacuüm, hoe zuiverder de monsters die we kunnen kweken. Het is een extreem uitdagende procedure en als we het verbeteren, zullen we ons leven gemakkelijker maken en ook effectievere apparaten produceren.”

Deze antiferromagnetische geheugenapparaten maken gebruik van een kwantumfenomeen dat bekend staat als verstrengeling of interactie op afstand. Maar desondanks is dit onderzoek niet direct gerelateerd aan het steeds bekender wordende veld van quantum computing. Onderzoekers suggereren echter dat dergelijke ontwikkelingen nuttig of zelfs essentieel kunnen zijn om een brug te slaan tussen het huidige paradigma van elektronische computers en het opkomende gebied van kwantumcomputers.

financiering:
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door het JST-Mirai-programma (nr. JPMJMI20A1), het ST-CREST-programma (nrs. JPMJCR18T3, JST-PRESTO en JPMJPR20L7) en JSPS KAKENHI (nrs. 21H04437 en 22H00290).

####

Over de Universiteit van Tokio
De Universiteit van Tokyo is de toonaangevende universiteit van Japan en een van 's werelds beste onderzoeksuniversiteiten. De enorme onderzoeksoutput van zo'n 6,000 onderzoekers wordt gepubliceerd in 's werelds toptijdschriften op het gebied van kunst en wetenschappen. Ons levendige studentenbestand van ongeveer 15,000 niet-gegradueerde en 15,000 afgestudeerde studenten omvat meer dan 4,000 internationale studenten. Lees meer op www.u-tokyo.ac.jp/en/ of volg ons op Twitter op @UTokyo_News_en.

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Medienkontakt

Rohan Mehra
Universiteit van Tokyo
Contactpersoon voor experts

Professor Satoru Nakatsuji
De Universiteit van Tokyo

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: