Kita banga | gamtos fizika

Kita banga | gamtos fizika

Anonim

Dalykai

  • Magnetinės savybės ir medžiagos
  • Spintronika

Sukimosi bangos atrodo apniukusios, kad būtų galima apdoroti duomenis.

Image

Vaizdas: SANDERO OTĖS VAIZDO KURSAS

Net iki savo atradimo 1897 m., Elektronų valdymas jau vaidino svarbų vaidmenį vykstant technologinei revoliucijai: elektra leido gaminti masinę antrosios pramonės revoliucijos XIX a. Gamybos metodiką. Jos manipuliacijos lygis pasiekė tokį aukštį, kad technologijos, kurios skverbiasi į mūsų kasdienį gyvenimą, tikrai atrodytų išgalvotos mokslininkams, kurie pirmą kartą patikrino šią elementarią dalelę. Dabar atrodo, kad pasaulis pasveikins naują elektronų išnaudojimo būdą - magnoniką.

Elektronų krūvis yra tvirtai įsitvirtinęs kaip pasirinktas informacijos nešiklis šiuolaikinėms technologijoms. Bet kas yra jo antroji pagrindinė savybė, nugara? Nepaisant to, kad atrado praėjus vos dešimčiai metų po to, kai pirmą kartą buvo išmatuotas elektronų krūvis, „spin“ išlieka santykiniu keleiviu informacijos apdorojimo technologijose. Tačiau jos buvimas gali pakeisti šių technologijų revoliuciją ir keliais būdais.

Elektroninis sukinys iš tikrųjų remiasi magnetinio saugojimo technologijomis, kai magnetiniai „bitai“ yra užkoduoti medžiagos įmagnetinimo kryptimi, o tai atspindi sukinių kolekcijos elgesį. Spiningas nuo krūvio išskiria tas, kad yra dvi galimos vertės, tarkime 0 ir 1, dalelėms, kurių sukimasis yra 1/2, pavyzdžiui, elektronui. Vidinė savybė, galinti egzistuoti keliose būsenose, skamba kaip idealus kandidatas loginėms operacijoms atlikti. Be to, manipuliavimas sukiniais palengvina nuostolius, susijusius su judančiaisiais krūviais, tokiais kaip „Joule“ šildymas. Taigi kodėl informacijos apdorojimo technologijos nenaudoja šios savybės? Tikrai ne dėl noro išbandyti.

Daugybė spintronikos bendruomenės tyrinėtojų sutelkia pastangas naudoti sukinius ir duomenų saugojimui, ir informacijos apdorojimui. Spintronikos sritis išaugo devintajame dešimtmetyje atradus nuo sukinio priklausomą elektronų pernešimą 1 ir yra susijusi su magnetinių ir elektrinių laukų panaudojimu sukimais. Nors daugelis loginių prietaisų, pagrįstų spintronika, vis dar yra kūrimo stadijoje, kai kurie jau pasiekė rinką. Tačiau yra galimybių technologijoms, peržengiančioms elektronų pernešamą krūvį ir besisukančias sroves.

Buvo pasiūlyta dar 1930-aisiais 2, o eksperimentiniu būdu buvo pastebėta 1950-aisiais 3, kad bangos galėtų būti sužadintos magnetiškai išdėstytose medžiagose, naudojant bendrą priešscesinį sukinių judesį. Kai kiekvienas atskiras sukinys sukasi tam tikroje padėtyje, sukinio banga sklinda neišstumdama elektronų krūvių. Todėl galima numatyti įrenginį, kuriame įėjimo įtampa paverčiama sukinio banga, atliekamas tam tikras bangos skaičiavimas, o tada banga vėl paverčiama įtampa. Yra keli tokio įrenginio pranašumai, įskaitant lygiagretų duomenų apdorojimą skirtingais bangų dažniais, mažą energijos suvartojimą ir ne Būlio skaičiavimo algoritmus, kuriuos įgalina papildomas bangų fazės suteiktas laisvės laipsnis.

Mokslinių tyrimų sritis, kuria siekiama išnaudoti sukimosi bangas, yra žinoma kaip magnonika, kuri nurodo kvantinę verpimo bangų versiją: magnonus. Šiame „ Gamtos fizikos“ numeryje atidžiai apžvelgiame informacijos apdorojimo ir bevielio ryšio technologijų, pagrįstų besisukančiomis bangomis, plėtojimo pažangą, perspektyvas ir iššūkius.

Nors sukinio bangos buvo atrastos dešimtmečius iki nuo sukinio priklausomo transporto efekto, magoniniai įtaisai dar nepasiekia tokio paties aukščio, kaip ir jų spintroniniai kolegos. Šią pažangą galbūt kliudė tinkamų medžiagų trūkumas ir poreikis pažangių nanomokslo metodų magnonams generuoti, manipuliuoti ir aptikti nanometrų skalėje. Tačiau pastarosios demonstracijos, tokios kaip magnono tranzistoriaus realizavimas, pabrėžia padarytą pažangą.

Medžiagų, galinčių laikyti magnonus, rinkiniui išplėsti, naudojami dirbtiniai kristalai. Panašiai, kaip fotoniniai kristalai demonstruoja pritaikytą juostų struktūrą elektromagnetinėms bangoms, tam tikri magoniniai kristalai gali pakeisti magnonų juostos struktūrą. Tokių kristalų moduliacija pasiekiama keičiant jų magnetines savybes. Šio leidinio 487 psl. Marcas Vogelis ir jo kolegos parodo, kaip pertvarkomus magnoninius kristalus galima sukurti izoliuojančiame ferromimagnete, naudojant visus optinius metodus.

Tokių metodų panaudojimo bevielio ryšio technologijose galimybes nagrinėja Dirkas Grundleris komentare 438 puslapyje. Elektromagnetinių bangų sujungimas su mechaninėmis bangomis leido drastiškai mažinti bevielio ryšio technologijas. Grundleris aptaria, kaip magnonika galėtų ne tik pateikti mažas belaidžio ryšio technologijas, bet ir perprogramuoti.

Kaip ir galima tikėtis, magnonikos ir spintronikos bendruomenės yra glaudžiai susijusios. Kadangi magnonai gali būti konvertuojami į elektronų nešančią sukimosi ir įkrovimo srovę, gali būti sukurtos grandinės, kurių atskiri komponentai naudoja skirtingų spintroninių, krūvininkų ar magnoninių elementų stiprumą. Andrii Chumakas ir kolegos apžvelgia šią temą apžvalginiame straipsnyje 453 puslapyje. Jie aptaria magnonų generavimą ir manipuliavimą jais, perskaičiavimo tarp magnono srovių ir sukimosi bei įkrovimo srovių mechanizmus ir pažangą bei naujausius eksperimentinius pasiekimus, kurie kloja magnono pagrindus. -pagrindinis skaičiavimas.

Šis fokusavimas padeda iliustruoti, kad sukimąsi technologijose galima naudoti keliais būdais. Ir nors magnoniniai prietaisai turi šiek tiek pasistengti, jei jie nori rungtyniauti su savo spintronic kolegomis, jie pagaliau atrodo lenktynėse.

Autoriai