Zbliżamy się do reżimu terahercowego: magnesy kwantowe w temperaturze pokojowej przełączają stany biliony razy na sekundę

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Zbliżając się do reżimu terahercowego: magnesy kwantowe w temperaturze pokojowej przełączają stany biliony razy na sekundę

Obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego o wysokiej rozdzielczości złącza antyferromagnetycznego przedstawiający warstwy różnych materiałów (po lewej). Diagram przedstawiający właściwości magnetyczne materiałów (po prawej). KREDYT
©2023 Nakatsuji i in.

Abstrakcyjny:
Klasa urządzeń pamięci nieulotnej, zwana MRAM, oparta na kwantowych materiałach magnetycznych, może zaoferować tysiąckrotną wydajność w porównaniu z obecnymi najnowocześniejszymi urządzeniami pamięci. Wcześniej wykazano, że materiały znane jako antyferromagnesy przechowują stabilne stany pamięci, ale były trudne do odczytania. To nowe badanie toruje skuteczny sposób odczytywania stanów pamięci, z potencjałem, aby zrobić to również niewiarygodnie szybko.

Zbliżając się do reżimu terahercowego: magnesy kwantowe w temperaturze pokojowej przełączają stany biliony razy na sekundę

Tokio, Japonia | Opublikowano 20 stycznia 2023 r

Prawdopodobnie możesz mrugać około cztery razy na sekundę. Można powiedzieć, że ta częstotliwość mrugania wynosi 4 herce (cykle na sekundę). Wyobraź sobie, że próbujesz mrugnąć 1 miliard razy na sekundę lub z częstotliwością 1 gigaherca, byłoby to fizycznie niemożliwe dla człowieka. Ale to jest obecny rząd wielkości, w którym współczesne wysokiej klasy urządzenia cyfrowe, takie jak pamięć magnetyczna, zmieniają swoje stany podczas wykonywania operacji. I wielu ludzi chce przesunąć granicę tysiąc razy dalej, do reżimu biliona razy na sekundę, czyli teraherców.

Barierą w realizacji szybszych urządzeń pamięciowych mogą być użyte materiały. Obecne szybkie chipy MRAM, które nie są jeszcze tak powszechne, aby pojawiały się w komputerach domowych, wykorzystują typowe materiały magnetyczne lub ferromagnetyczne. Są one odczytywane za pomocą techniki zwanej tunelowym magnetooporem. Wymaga to ułożenia elementów magnetycznych materiału ferromagnetycznego w równoległe układy. Jednak taki układ tworzy silne pole magnetyczne, które ogranicza prędkość, z jaką pamięć może być odczytywana lub zapisywana.

„Dokonaliśmy eksperymentalnego przełomu, który przekracza to ograniczenie, i to dzięki innemu rodzajowi materiału, antyferromagnesom”, powiedział profesor Satoru Nakatsuji z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Tokijskiego. „Antiferromagnesy różnią się od typowych magnesów na wiele sposobów, ale w szczególności możemy je ułożyć w sposób inny niż linie równoległe. Oznacza to, że możemy zanegować pole magnetyczne, które wynikałoby z równoległych układów. Uważa się, że namagnesowanie ferromagnesów jest niezbędne do tunelowania magnetooporu w celu odczytania z pamięci. Co uderzające, odkryliśmy jednak, że jest to również możliwe dla specjalnej klasy antyferromagnesów bez namagnesowania i miejmy nadzieję, że może działać z bardzo dużymi prędkościami”.

Nakatsuji i jego zespół uważają, że prędkości przełączania w zakresie terahercowym są osiągalne i że jest to możliwe również w temperaturze pokojowej, podczas gdy poprzednie próby wymagały znacznie niższych temperatur i nie dawały tak obiecujących wyników. Jednak, aby ulepszyć swój pomysł, zespół musi udoskonalić swoje urządzenia, a kluczem jest ulepszenie sposobu ich wytwarzania.

„Chociaż atomowe składniki naszych materiałów są dość znane – mangan, magnez, cyna, tlen i tak dalej – sposób, w jaki łączymy je w celu utworzenia użytecznego składnika pamięci, jest nowy i nieznany” – powiedział naukowiec Xianzhe Chen. „Wyhodujemy kryształy w próżni, w niewiarygodnie cienkich warstwach, używając dwóch procesów zwanych epitaksją z wiązki molekularnej i rozpylaniem magnetronowym. Im wyższa próżnia, tym czystsze próbki możemy hodować. To niezwykle wymagająca procedura, a jeśli ją udoskonalimy, ułatwimy sobie życie i wyprodukujemy bardziej wydajne urządzenia”.

Te antyferromagnetyczne urządzenia pamięciowe wykorzystują zjawisko kwantowe znane jako splątanie lub oddziaływanie na odległość. Ale mimo to badania te nie są bezpośrednio związane z coraz bardziej znaną dziedziną obliczeń kwantowych. Naukowcy sugerują jednak, że takie rozwiązania mogą być przydatne, a nawet niezbędne do zbudowania pomostu między obecnym paradygmatem obliczeń elektronicznych a wyłaniającą się dziedziną komputerów kwantowych.

Finansowanie:
Prace te były częściowo wspierane przez program JST-Mirai (nr JPMJMI20A1), program ST-CREST (nr JPMJCR18T3, JST-PRESTO i JPMJPR20L7) oraz JSPS KAKENHI (nr 21H04437 i 22H00290).

####

O Uniwersytecie w Tokio
University of Tokyo to wiodący uniwersytet w Japonii i jeden z najlepszych uniwersytetów badawczych na świecie. Ogromny dorobek badawczy około 6,000 badaczy jest publikowany w najlepszych na świecie czasopismach z dziedziny sztuki i nauki. Nasze prężne grono studentów, liczące około 15,000 15,000 studentów studiów licencjackich i 4,000 XNUMX absolwentów, obejmuje ponad XNUMX studentów z zagranicy. Dowiedz się więcej na www.u-tokyo.ac.jp/en/ lub śledź nas na Twitterze pod adresem @UTokyo_News_en.

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Kontakt dla mediów

Rohana Mehry
University of Tokio
Kontakt z ekspertem

profesora Satoru Nakatsuji
Uniwersytetu Tokio

Prawa autorskie © Uniwersytet w Tokio

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: