Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen

(7.9.2024) US Department of Energy’s Office of Sciencen rahoittama Center for Energy Efficient Magnonics kokoaa yhteen monitieteisen ryhmän SLAC:n ja seitsemän yliopiston tutkijoista selvittääkseen, kuinka mikroelektroniikan komponentteja voidaan rakentaa magnetismista syntyville spinaalloille.

Uusi Energy Frontier Research Center (EFRC), jota tukee energiaministeriön tiedetoimisto ja johtaa SLAC National Accelerator Laboratory, saa neljän vuoden aikana 14,4 miljoonaa dollaria mikroelektroniikan valmistuksen edistämiseen tutkimalla lähestymistapoja niiden komponenttien rakentamiseen täysin uusilla tavoilla.

Sen sijaan, että elektroneja siirrettäisiin johtavien metallisten liitosten kautta laitteiden pienissä ja jatkuvasti kutistuvissa osissa, kuten tietokoneissa ja matkapuhelimissa käytettyjen mikrosirujen, tutkijat ehdottavat tiedon siirtämistä spinaaltojen avulla, jotka voivat levitä puolijohteiden ja jopa eristeiden läpi. Spin-aalto on energia-aalto, joka liikkuu aineen läpi atomien magneettisten momenttien modulaation seurauksena.

”Vuosien ajan ihmiset ovat yrittäneet manipuloida elektroneja, jotka tuottavat varausta perinteisessä mikroelektroniikassa manipuloimalla niiden spiniä, mutta aina kun liikut elektronien ympärillä, sinulla on varausvirta, ja kun sinulla on varausvirtaa, hävität energiaa, mikä aiheuttaa kaikenlaisia kuumenemista ja resistanssia", selittää Yuri Suzuki, Stanfordin professori ja päätutkija Stanford Institute of Materials and Energy Sciences:ssä (SIMES), SLAC:n ja Stanfordin yhteisinstituutissa.

”Ajatuksemme on kokeilla täysin erilaista paradigmaa – entä jos voimme lähettää informaatiota spinaaltojen kautta ilman elektroneja tai metalleja? Jos esimerkiksi voisimme korvata kupariliittimet spinaaltoliitännöillä laitteissa, emme käytä varausvirtaa ja säästämme energiaa.

Monitieteinen tiimi edustaa muun muassa materiaalitieteen, röntgen- ja ultranopean tieteen sekä sähkötekniikan osaamista. Yhteistyössä omaksutaan yhteissuunnittelun lähestymistapa löytöjen edistämiseen, mikä kattaa kaikki tutkimuksen ja kehityksen osa-alueet samanaikaisesti perustieteestä valmistukseen.

LCLS:n, maailman tehokkaimman röntgenlaserin, käyttö on tässä avainasemassa, Suzuki sanoi, koska spinaaltojen mittaaminen ja havaitseminen vaatii aikaskaalat ja taajuudet, jotka LCLS voi tutkia ultranopeilla ja voimakkailla röntgenvalopulsseillaan .

Ryhmä pyrkii osoittamaan mikroelektroniikan komponenttien, kuten liitäntälaitteiden, vahvistimien tai kytkimien, elinkelpoisuuden magnoniikkaan tai spinaalloille. "Tutkimme perustieteellisiä kysymyksiä nähdäksemme, voiko magnoniikkaan perustuva teknologia siirtää neulaa mikroelektroniikan energiatehokkuuden kannalta", Suzuki sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Magnonit töihin

Miten olisi magnonielektroniikka?

Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla