A részecske perdülete is lehet adathordozó

Az IBM Research és a zürichi műszaki egyetem tudósainak elsőként sikerült szinkronizálni az elektronok perdületét, és lefényképezni egy szabályos spin-mintázat kifejlődését. A kutatók célja, hogy az elektronok töltése után most a részecskék spinjét is az adattárolás szolgálatába állítsák. A spintronikai áttörések új, hatékonyabb energiafelhasználású félvezető tranzisztorok elterjedését hozhatják az elektronikus eszközökben.

Az IBM Research és a zürichi műszaki egyetem tudósainak elsőként sikerült szinkronizálni az elektronok perdületét, és lefényképezni egy szabályos spin-mintázat kifejlődését. A kutatók célja, hogy az elektronok töltése után most a részecskék spinjét is az adattárolás szolgálatába állítsák. A spintronikai áttörések új, hatékonyabb energiafelhasználású félvezető tranzisztorok elterjedését hozhatják az elektronikus eszközökben.

Mindeddig nem tudhattuk biztosan, elképzelhető-e olyan technológia, amely az elektronok spinjét, azaz perdületét használja információ kódolására és tárolására. A nagy kérdés az, nem túl gyors-e a spin változása az információ megtartásához. A Nature Physics nevű tudományos folyóirat a napokban arról számolt be, hogy az IBM és a zürichi ETH műszaki egyetem kutatói bebizonyították, a szinkronizált elektronok spinjének időtartama akár harmincszor hosszabb, 1,1 nanoszekundum is lehet. Ez az időtartam megegyezik egy 1GHz-es processzor ciklusidejével.

A kód neve spin

Napjaink számítógépes technológiája olyan eszközökön alapul, melyekben az elektronok töltését használják adatok kódolására és feldolgozására. E technika lehetőségei erősen behatároltak, hiszen az elektronok áramlása a félvezetők méretének zsugorodásával egyre kevésbé kontrollálható. A viszonylag fiatal tudományágként számon tartott spintronika azonban új távlatokat nyithat a számítástechnikában azzal, hogy az elektronok töltése helyett spinjüket, azaz perdületüket használná ki.  Ha sikerül, a spintranzisztorok elterjedésével minden eddiginél hatékonyabb adattárolási technológiák kerülhetnek piacra.

A részecskék keringőznének

„A tudósok megfigyelték, hogy az elektron spinjei a félvezetőben haladva hosszú mikrométereken át úgy mozognak, mint a bécsi keringőben az egymást váltó párok. – magyarázza Dr. Gian Salis az IBM Research nanorendszerek kutatócsoportjának tagja. „Ha minden pár az észak felé tekintő hölggyel kezdi meg táncát, az egymással rotáló párok előbb utóbb más-más irányba néznek majd. A táncosok rotációs sebességét szabályozva, egy tökéletes koreográfiával el tudjuk érni, hogy egy bizonyos területen minden hölgy egyazon irányba nézzen. A spint ily módon manipulálva jelentős lépést tehetünk az elektromosan programozható spintranzisztorok fejlesztése felé." 

Hosszú perdület

Az IBM tudósai rendkívül kis területen ultra-rövid lézerpulzusokkal követték több ezer elektronspin fejlődését. Ott, ahol a spinek először rotáltak véletlenszerűen és hirtelen elvesztették orientációjukat, a tudósok megfigyelhették, miként rendeződnek vissza a megszokott spin-spirál mintázatba. A spinrotáció blokkolásának elméleti koncepciója 2003-ra tekint vissza, előidézésére azóta több kísérlet is született, de eddig senkinek sem sikerült közvetlenül megfigyelnie a jelenséget. Az IBM tudósai a spinek „szinkronizált keringőjét" egy különleges elektronmikroszkópos eszközzel fényképezték le. A spinrotáció szinkronizálása lehetővé tette, hogy megfigyeljék, miként mozognak a spinek több mint 10 mikrométer, azaz egyszázad milliméter hosszan. Elképzelhető, hogy ezt kihasználva a jövőben gyors és energiatakarékos logikai műveleteket végezhetők majd a spin segítségével.