Учени са открили, че загубата на спин на електрони, дълго смятана за неизползваема, може да задейства превключването на намагнитването в спинтронни устройства, повишавайки ефективността до три пъти. Мащабируемият, подходящ за полупроводници метод би могъл да ускори разработването на ултранискоенергийни чипове с изкуствен интелект и технологии за памет.
В бързо развиващия се свят на електрониката, спинтрониката се очертава като революционна област, използваща присъщия спин на електроните за иновации в устройства с памет и изчислителни системи. Тази технология набира скорост като енергийно ефективна алтернатива на конвенционалната електроника, предвещавайки нова ера в обработката на информация.
Неотдавнашното изследване, проведено от екипа на д-р Донг-Су Хан (Dong-Soo Han) в Корейския институт за наука и технологии (KIST), показа постижения в тази област, особено чрез иновативното използване на "загубата на спин".
Спинтрониката разчита на манипулирането на електронните спинове – квантово-механични свойства, които пораждат магнитни моменти – което позволява съхранението и обработката на данни, без да се разчита единствено на потока на заряд. Това представлява драстична промяна към по-ниска консумация на енергия, подобрена скорост и нелетливост в сравнение с традиционните полупроводникови технологии. Основната предпоставка на спинтрониката включва организиране на ориентацията на магнитните материали за представяне на двоични данни. За да постигнат това, изследователите обикновено прилагат токове, за да индуцират промени в намагнитването, но това е възпрепятствано от феномена "загуба на спин".
Традиционно, загубата на спин се е разглеждала като вреден страничен продукт, който води до намалена ефективност при контрол на намагнитването. Когато са били пропускани токове през магнитни материали, те са генерирали спинове, някои от които са се разсейвали, преди да достигнат целта си. Изследователският екип на KIST обаче е обърнал тази концепция с главата надолу, предлагайки нов метод, който трансформира загубата на спин в полезно явление, способно спонтанно да индуцира обръщане на намагнитването в материалите.
Чрез сложни експерименти екипът открива, че вместо просто да губи спинове, загубата на спин може да действа като катализатор за магнитен контрол, ускорявайки процеса на превключване на намагнитването без необходимост от значително външно енергийно натоварване. По същество, когато спиновете излизат от магнитния материал, това движение навън предизвиква реакция в магнита, която спомага за неговата вътрешна преориентация. Това уникално взаимодействие позволява по-ефективен контрол на намагнитването, в съответствие с принципите за запазване на енергията, като същевременно подобрява производителността.
Последиците от това изследване са дълбоки. Демонстрирайки, че по-големите загуби на спин корелират с намалени енергийни изисквания за превключване на намагнитването, екипът на KIST разкрива потенциално трикратно увеличение на ефективността в сравнение с конвенционалните методи. Този скок в енергийната ефективност е от първостепенно значение, особено в днешния технологичен пейзаж, където консумацията на енергия е критичен проблем. Възможността за използване на загубите на спин като средство за оптимизиране на производителността на устройството открива нови възможности за изследвания в спинтрониката.
В допълнение към теоретичните си основи, практическите аспекти на това откритие са големи. Предложената техника не изисква сложни материални композиции или сложни архитектури на устройства - тя е позиционирана така, че да се интегрира безпроблемно със съществуващите процеси за производство на полупроводници, предоставяйки привлекателна перспектива за масово производство. Тази съвместимост е от съществено значение, тъй като значително опростява прехода към търговски приложения, като по този начин ускорява интеграцията на иновативни спинтронни устройства в ежедневните технологии.
Един от най-убедителните аспекти на този напредък е потенциалното му въздействие в множество области, особено в областта на изкуствения интелект (ИИ) и периферните изчисления. Търсенето на решения за памет с ултраниска консумация на енергия и невроморфни чипове – основни компоненти за ИИ инфраструктурата – би могло да доведе до значителен напредък благодарение на това изследване. Способността за извършване на изчисления със значително подобрена ефективност ще позволи на по-сложни ИИ модели да работят на компактни устройства, предоставяйки практични решения за приложения в реалния свят.
Тъй като технологията за обработката на информация продължава да се развива, малките подобрения в енергийната ефективност могат да се превърнат в значителни предимства, особено в задачи, задвижвани от изкуствен интелект, където производителността и консумацията на енергия са от първостепенно значение.
Справка: Won-Young Choi, Jae-Hyun Ha, Min-Seung Jung, Seong Been Kim, Hyun Cheol Koo, OukJae Lee, Byoung-Chul Min, Hyejin Jang, Aga Shahee, Ji-Wan Kim, Mathias Kläui, Jung-Il Hong, Kyoung-Whan Kim, Dong-Soo Han. Magnetization switching driven by magnonic spin dissipation. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-61073-w
Източник: Transforming Spin Loss into Energy: Pioneering Key Technology for Ultra-Low Power Next-Generation Information Devices, Bioengineer
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Peter Petrov
След многократни експлозии нов тест за мегаракетата на Мъск
поп Дръвчо
Гледайте за първи път на живо как новооткритият "междузвезден посетител" 3I/ATLAS се устремява към нас
Bai Tanas
Как е миришел Древният Рим? Честно казано - ужасно!
Прост Човек
Стъклените бутилки съдържат 5 до 50 пъти повече микропластмаси от пластмасовите бутилки