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

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > Приближение к терагерцовому режиму: квантовые магниты при комнатной температуре переключают состояния триллионы раз в секунду

Изображение антиферромагнитного перехода, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, на котором видны слои из различных материалов (слева). Диаграмма, показывающая магнитные свойства материалов (справа). КРЕДИТ
© 2023 Nakatsuji et al.

Абстрактные:
Класс устройств энергонезависимой памяти, называемых MRAM, основанных на квантовых магнитных материалах, может предложить тысячекратную производительность по сравнению с современными устройствами памяти. Ранее было продемонстрировано, что материалы, известные как антиферромагнетики, сохраняют стабильные состояния памяти, но их было трудно считывать. Это новое исследование открывает эффективный способ считывания состояний памяти с возможностью делать это невероятно быстро.

Приближение к терагерцовому режиму: квантовые магниты при комнатной температуре переключают состояния триллионы раз в секунду

Токио, Япония | Опубликовано 20 января 2023 г.

Вероятно, вы можете моргать примерно четыре раза в секунду. Можно сказать, что эта частота моргания составляет 4 герца (цикла в секунду). Представьте себе попытку моргнуть 1 миллиард раз в секунду или на частоте 1 гигагерц, это было бы физически невозможно для человека. Но это текущий порядок, в котором современные цифровые устройства высокого класса, такие как магнитная память, меняют свое состояние по мере выполнения операций. И многие хотят отодвинуть границу в тысячу раз дальше, в режим триллионов раз в секунду, или терагерц.

Препятствием для реализации более быстрых устройств памяти могут быть используемые материалы. Современные высокоскоростные чипы MRAM, которые еще не настолько распространены, чтобы появиться в вашем домашнем компьютере, используют типичные магнитные или ферромагнитные материалы. Они считываются с использованием метода, называемого туннельным магнитосопротивлением. Это требует, чтобы магнитные составляющие ферромагнитного материала были выстроены параллельно. Однако такое расположение создает сильное магнитное поле, которое ограничивает скорость чтения или записи памяти.

«Мы сделали экспериментальный прорыв, преодолевший это ограничение, и это благодаря другому типу материала, антиферромагнетикам», — сказал профессор Сатору Накацудзи с физического факультета Токийского университета. «Антиферромагнетики во многом отличаются от обычных магнитов, но, в частности, мы можем расположить их иначе, чем параллельными линиями. Это означает, что мы можем свести на нет магнитное поле, возникающее при параллельном расположении. Считается, что намагничивание ферромагнетиков необходимо для считывания туннельного магнитосопротивления из памяти. Поразительно, однако, мы обнаружили, что это возможно и для особого класса антиферромагнетиков без намагниченности, и мы надеемся, что это может работать на очень высоких скоростях».

Накацудзи и его команда считают, что скорости переключения в терагерцовом диапазоне достижимы и что это возможно и при комнатной температуре, тогда как предыдущие попытки требовали гораздо более низких температур и не давали таких многообещающих результатов. Однако, чтобы улучшить свою идею, команде необходимо усовершенствовать свои устройства, и ключевым моментом является улучшение способа их изготовления.

«Хотя атомарные составляющие наших материалов довольно знакомы — марганец, магний, олово, кислород и так далее — способ, которым мы объединяем их для формирования пригодного для использования компонента памяти, является новым и незнакомым», — сказал исследователь Сяньчжэ Чен. «Мы выращиваем кристаллы в вакууме невероятно тонкими слоями, используя два процесса, называемые молекулярно-лучевой эпитаксией и магнетронным распылением. Чем выше вакуум, тем чище образцы мы можем вырастить. Это чрезвычайно сложная процедура, и если мы ее улучшим, то облегчим себе жизнь и будем производить более эффективные устройства».

Эти антиферромагнитные запоминающие устройства используют квантовое явление, известное как запутанность или взаимодействие на расстоянии. Но, несмотря на это, это исследование не имеет прямого отношения к набирающей популярность области квантовых вычислений. Однако исследователи предполагают, что такие разработки могут быть полезны или даже необходимы для создания моста между современной парадигмой электронных вычислений и новой областью квантовых компьютеров.

Финансирование:
Эта работа была частично поддержана программой JST-Mirai (№ JPMJMI20A1), программой ST-CREST (№ JPMJCR18T3, JST-PRESTO и JPMJPR20L7) и JSPS KAKENHI (№ 21H04437 и 22H00290).

####

О Токийском университете
Токийский университет является ведущим университетом Японии и одним из ведущих исследовательских университетов мира. Обширные результаты исследований около 6,000 исследователей публикуются в ведущих мировых журналах по искусству и науке. Наш активный студенческий состав насчитывает около 15,000 15,000 студентов и 4,000 XNUMX аспирантов, в том числе более XNUMX XNUMX иностранных студентов. Узнайте больше на www.u-tokyo.ac.jp/en/ или следите за нами в Твиттере: @UTokyo_News_en.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Контактная информация для СМИ

Рохан Мехра
Токийский университет
Контакт с экспертом

Профессор Сатору Накацудзи
Токийский университет

Авторское право © Токийский университет

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: