`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Альтернатива традиционным полупроводникам в технологиях памяти

Статья опубликована в №30 (740) от 31 августа

+13
голоса

По мере того как становится очевидным приближение к физическим границам, за которыми закон Мура для традиционных полупроводниковых технологий перестает выполняться, все интенсивнее разворачиваются исследования альтернативных технологий, использующих квантовые свойства материи. Вниманию читателей предлагается описание двух разработок (информация о них появилась в открытом доступе), объединенных общим термином «спинтроника».

Альтернатива традиционным полупроводникам в технологиях памяти
Артур Эпштейн

В августовском выпуске журнала Nature Materials Артур Эпштейн (Arthur Epstein) с коллегами из Университета штата Огайо описал прототип пластикового спинтронного устройства, для изготовления которого используются технологии современной компьютерной индустрии.

На данной стадии устройство немного больше, чем тонкая лента темно-голубого органического магнита, покрытого металлическим ферромагнетиком и соединенного с двумя электрическими контактами. Тем не менее исследователи смогли успешно записать и считать данные с помощью управления спином электронов посредством магнитного поля.

Артур Эпштейн, директор Института магнитных и электронных полимеров штата Огайо, описывает материал как гибрид полупроводника, сделанного из органических материалов, и специального магнитного полимерного полупроводника. По существу это является мостом между компьютерами сегодняшнего дня и спинтронными компьютерами на базе полимеров, которые исследователи надеются создать в будущем.

Хотя это и общеизвестный факт, но все же напомним, что в традиционных компьютерах данные находятся в бинарном коде, значения которого 0 или 1 определяются на основе свойств заряда электронов. Однако электрон имеет два квантовых состояния – спин «вверх» и спин «вниз», которые также можно трактовать как бинарный код и использовать для хранения данных.

Но более высокая плотность хранения данных – только часть истории. «Спинтронику часто рассматривают как один из способов получить больше информации с помощью квантовых свойств электронов, но, по сути, это движение к электронике следующего поколения, – говорит Эпштейн. – Мы можем решить массу проблем, с которыми сегодня сталкивается компьютерная индустрия, с помощью спинтроники».

Типичная материнская плата потребляет много энергии. Высокочастотные токи приводят к ее нагреванию, что, в свою очередь, требует энергии для охлаждения. Чтобы избежать перегрева, производители плат не могут располагать компоненты достаточно близко.

Для опрокидывания спина электрона необходимо меньше энергии, соответственно снижается выделение тепла. Это значит, что спинтронные устройства могут работать на небольших батареях, а если они к тому же сделаны из пластика, то могут быть также легкими и гибкими. Потому идея перевести на спинтронную платформу портативную электронику весьма привлекательна, в том числе и военных ведомств.

В этом исследовании магнитным полимерным полупроводником служил тетрацианоэтанид ванадия, первый базированный на органике магнит, работающий при температурах выше комнатных. Он был разработан Артуром Эпштейном и его многолетним соратником Джоэлом Миллером (Joel Miller) из Университета штата Юта.

Основное достижение группы заключается в использовании этого полимер-базированного магнитного полупроводника в качестве поляризатора спина, что означает возможность записи данных, и как детектора спина, что позволяет считывать данные.

Альтернатива традиционным полупроводникам в технологиях памяти
Пластиковое спинтронное устройство – абстрактные цифровые данные

В прототипе устройства электроны проходят в полимер, и магнитное поле ориентирует их спины (вниз или вверх). Электроны могут затем проходить в обычный магнитный слой, но только если их спин ориентирован по направлению магнитного поля. В противном случае сопротивление оказывается слишком большим. Таким образом, исследователи были способны считывать данные, определяя величину сопротивления.

В качестве теста исследователи поместили материал в магнитное поле с переменной напряженностью. Чтобы определить, являлся ли материал хорошим инжектором/детектором спина, они измеряли электрический ток, проходящий между двумя магнитными слоями. Этот метод аналогичен тому, как современные компьютеры пишут и читают данные с магнитного диска.

Запатентованная технология легко реализуется современной индустрией. «В любом месте, где производят компьютерные чипы, может быть изготовлено подобное устройство. К тому же процесс очень экологичен, поскольку проходит при комнатной температуре», – говорит один из соавторов изобретения Юнг-Ву Ю (Jung-Woo Yoo).

Спин, будучи магнитным моментом, обычно управляется с помощью магнитного поля, как, например, в вышеописанном случае. Однако исследователям из Центра Гельмгольца в Берлине (HZB) и французской исследовательской организации CNRS из Парижа удалось использовать электрические поля для манипуляции спином электрона. В принципе, это может не только улучшить RAM в компьютерах, но и опять-таки привести к радикальным изменениям в электронных устройствах.

Новый вид памяти использует явление, которое называется туннельной магниторезистивностью (TMR). Два тонких слоя магнитного материала отделяются друг от друга изолятором толщиной не более чем 1 мкм. В классическом случае электроны не могут проникнуть через изолятор, но благодаря квантовым эффектам некоторые из них могут пройти через барьер (туннельный эффект).

Если спины большинства электронов в магнитных слоях этого сэндвича ориентированы одинаково, то электронам становится легче преодолеть барьер, чем в противном случае. Такой компонент используется для создания памяти, способной быстро и многократно записывать данные, во многом подобно обычной памяти в компьютерах, но, кроме того, он может постоянно хранить информацию.

Память, построенная на эффекте TMR, известна как MRAM, сегодня для записи данных она требует относительно сильных магнитных полей и в результате потребляет много энергии. Как показали в своей работе исследователи из CNRS Винсент Гарсия (Vincent Garcia) и Мануэль Бибе (Manuel Bibes), опубликованной в одном из номеров журнала Science, это можно изменить. Они изготовили изолятор из титаната бария, а Серджио Валенсия (Sergio Valencia) и Флориан Кронаст (Florian Kronast) из HZB применили рентгеновскую абсорбционную спектроскопию, чтобы изучить химический состав магнитных слоев сэндвича.

Ученые смогли использовать электрическое поле, чтобы переключать изолятор в состояние, которое оказывает влияние на спины электронов в магнитных слоях по обеим сторонам от него, и таким образом сумели воздействовать на эффективность туннелирования электронов. Так как изолятор сохраняет свое состояние и после выключения токов, этот прототип может быть применен для построения компьютерной памяти с очень низким энергопотреблением и энергонезависимым хранением данных.

+13
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

цитирую бумажное издание (№30, с.46):
...устройство немного больше, чем тонкая лента темно-голубого органического магнита, покрытого металлическим ферромагнетиком и соединенного с двумя электрическими контактами.

так каких же на самом деле размеров устройство?

Я и сам был поставлен в тупик, когда готовил этот материал.
К сожалению, в тех материалах, которыми я пользовался, конкретный размер не был указан.

Возможно, для авторов это было само собой разумеющимся.

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT