Svenska forskare banar väg för spinndator

2015-04-10 10:01  

Datorer där elektronernas spinn används för att lagra och bearbeta information. De kan bli verklighet sedan Chalmersforskare visat att grafen släpper fram elektroner med spinnet i behåll över längre sträckor än vad som tidigare varit känt.

Spinn är en kvantmekanisk egenskap hos elementarpartiklar. Det kan ha två riktningar - upp eller ner. De två lägena gör att spinnet kan användas för att förmedla information i spinnbaserade komponenter, på samma sätt som en etta eller nolla i dagens datorer. Spinntroniken utnyttjar med andra ord laddningsbärarnas spinnriktning, till skillnad från elektronik som utnyttjar deras elektriska laddning.

Tekniken används redan idag i avancerade hårddiskar för datalagring. Där behöver den spinnbaserade informationen bara förflytta sig några få nanometer. Men samordnat spinn är en egenskap hos elektroner som är extremt kortlivad i de flesta material. För att åstadkomma exempelvis en spinndator behöver spinnet bevaras längre sträckor än så.

– I framtida spinnbaserade komponenter räknar man med att elektronerna måste kunna föra med sig sitt spinn flera tiotals mikrometer. Metaller, som aluminium eller koppar, har inga förutsättningar att klara detta, säger Chalmersforskaren Saroj Dash.

Tillsammans med sina kolleger har han nu visat att grafen har en sällsynt bra förmåga att släppa fram elektroner med spinnet i behåll.

– Våra mätningar visar att spinnsignalen går fram i grafenkanaler som är upp till 16 mikrometer långa. Varaktigheten för det samordnade spinnet har uppmätts till över en nanosekund, konstaterar forskarkollegan Venkata Kamalakar.

Att forskarna fokuserar på hur långt spinnströmmen kan förmedlas ska inte tolkas som att det bara handlar om att skicka information i ett nytt material – alltså att ersätta metaller eller halvledare med grafen. Målet är i stället att använda spinnet för att utföra logiska operationer och lagra information samtidigt som den extremt goda ledningsförmågan hos grafen tas till vara. I grafen rör sig elektronerna 1000 gånger snabbare än i kisel.

– Grafen är en god ledare och saknar bandgap. Men inom spinntroniken behövs inga bandgap för att ställa om mellan på och av, etta och nolla. Det styrs i stället med hjälp av elektronströmmens upp- eller nerspinn, konstaterar Saroj Dash.

Det grafen som forskarna använt är framställd genom ångdeponering på metall ( se faktaruta). Det är ett snabbt sätt att framställa det åtråvärda materialet över stora ytor, men kvaliteten har fram till nu inte ansetts hålla för de krav som finns inom elektronikindustrin. Den uppfattningen kan komma att ändras sedan Chalmersforskarnas mätresultat visar parametrar för spinn som är sex gånger bättre än vad som tidigare uppmätts med grafen av högre kvalitet.

Chalmersforskarna arbetar nu med att konstruera en logisk komponent – inte olik en transistor – uppbyggd av grafen och ett magnetiskt material.

Forskarnas arbete publiceras i dag i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.




Följ Ny Teknik på Facebook!



Prenumerera på Ny Tekniks kostnadsfria nyhetsbrev – direkt till din mejl!

Ulla Karlsson-Ottosson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer