Спинтроника: полупроводник превращает тепло в вычислительную мощность

В один прекрасный день компьютеры смогут обучиться повторно применять часть собственного избыточного тепла, а окажет помощь им в этом материал, изучением которого сейчас занимаются исследователи Национального Университета штата Огайо, США. Данный материал – полупроводник называющиеся арсенид галлия марганца.

В сентябре 2010го года интернет-издание Nature Materials опубликовало интервью с исследователями, в котором они говорят о обнаружении результата, разрешающего полупроводнику преобразовывать тепло в квантово-механическое явление, известное как спин (вращение электрона). При успешности разработок данный эффект имел возможность бы обеспечить работу интегральных микросхем на базе тепла, а не электричества.

Как растолковали фавориты группы Иосиф Хереманс, выдающийся ученый Огайо в области нанотехнологий, и Роберто Майерс, электротехники кафедры и доцент материаловедения Национального Университета штата Огайо, это изучение объединяет сходу две передовые разработки: термоэлектричество и спинтронику.

Исследователи всей земли занимаются разработкой электроники, которая имела возможность бы применять спин электронов для записи и чтения данных. Разработка так называемых спинтроников обещает быть весьма удачной, поскольку теоретически это разрешило бы хранить большее количество данных, занимая меньше места, стремительнее обрабатывать эти и потреблять меньше энергии.

Майерс и Хереманс пробуют объединить спинтроники с термоэлектиками — другими словами устройствами, каковые преобразуют тепло в электричество. Гибридная разработка, термо-спинтроника, теоретически будет способна преобразовывать тепло в поясницу электрона.

Наряду с этим термо-спинтроник разрешил бы сразу решить две неприятности компьютерной индустрии, в частности: как избавиться от избыточного тепла, и как расширить вычислительную мощность, не создавая наряду с этим еще больше тепла.

«Спинтроника рассматривается как вероятная база для новых компьютеров частично вследствие того что, согласно заявлениям, эта разработка не дает тепла. Отечественные измерения пролили свет на термодинамику спинтроники, что может оказать помощь проверить справедливость этого утверждения», – говорит Хереманс.

 «В действительности, главным сдерживающим причиной при попытках электронной индустрии создать меньшие, более плотные компьютерные схемы есть тепло, создаваемое этими схемами», – додаёт Майерс.

«Все существующие сейчас компьютеры в действительности имели возможность бы трудиться намного стремительнее, но им не разрешают этого делать,  по причине того, что в противном случае они бы весьма скоро выходили из строя», – пояснил Майерс. – «Так, полупроводниковая индустрия вынуждена вкладывать огромное количество денег в совокупности отвода тепла».

В одном из вероятных воплощений термо-спинтроники устройство возможно было бы разместить над классическим процессором для отвода избыточного тепла и применения его для работы дополнительного модуля памяти либо для ускорения вычислений. Но, как отметил аккумуляторная, до воплощения этого плана в судьбу ученым все еще далеко.

Исследователи занимались кроме этого изучением того, как тепло возможно преобразовано в поляризацию поясницы – эффект, именуемый спиновым эффектом Зеебека. В первый раз данный эффект распознали ученые Университета Тохоку. Сообщение об этом было напечатано в 2008м году в издании «Nature».

Наряду с этим исследователи распознали этот эффект не в полупроводнике, а во фрагменте металла.

Новые свободные измерения, совершённые участником команды Кристофером Яворским, докторантом в области машиностроения в штате Огайо, подтвердили наличие спинового результата Зеебека в полупроводниковом материале называющиеся арсенид галлия марганца.

В то время как арсенид галлия есть известным полупроводником, деятельно употребляющимся в современных сотовых телефонах, добавление к нему для того чтобы элемента, как марганец, наделяет данный материал магнитными особенностями.

Соавторы изобретения Шон Дэвид и Мак Авшалом, доктор наук Калифорнийского Университета в Санта-Барбаре, помогавший трактовать результаты, организовали из образцов этого материала узкие монокристаллические пленки, по окончании чего Ян Цзин, докторант в инженерии и области материаловедения из штата Огайо, подготовил пробы к опыту.

В этом типе материала, поясницы зарядов выстраиваются на протяжении направления неспециализированного магнитного поля примера. Исходя из этого, в то время, когда исследователи из штата Огайо пробовали выяснить спин электронов, они вправду измеряли то, ориентированы ли поясницы электронов в определенной части материала вверх либо вниз. На протяжении опыта они нагревали одну сторону примера, а после этого измеряли ориентацию спинов с тёплой и холодной стороны.

Оказалось, что с тёплой стороны поясницы электронов ориентированы вверх, и с холодной – вниз.

К удивлению исследователей они кроме этого поняли, что двум фрагментам материала не обязательно кроме того быть физически связанными для передачи результата от одного к второму. Они намерено соскоблили слой примера для двух фрагментов материала, поделённых маленькой щелью. Если бы спиновой эффект был вызван электрической проводимостью – другими словами электронами, перетекающими из одной части материала в другую, – то разрыв послужил бы препятствием для распространения результата.

Затем они опять нагрели одну сторону.

Эффект сохранился.

«Мы рассчитывали, что любая часть будет иметь собственный собственное распределение электронов с ориентацией поясницы вверх либо вниз», – говорит Майерс. – «Вместо этого с одной стороны первого фрагмента поясницы электронов были ориентированы вниз, а с дальней стороны второго фрагмента – вверх. Эффект каким-то образом пересек разрыв».

«Начальное обнаружение спинового результата Зеебека группой Тохоку озадачило всех теоретиков», – додаёт Хереманс. – «В этом изучении мы дали свободное подтверждение этих измерений на примере совсем другого материала. Мы доказали, мы можем взять тот же итог, что и несколько Тохоку, кроме того в то время, когда берем для измерения пример, поделённый на две части так,  дабы исключить прохождение между ними электронов».

Ранее исследователи Университета штата Огайо показали прототип пластикового модуля памяти, применяющего поясницу электронов для записи и чтения данных. Он разрешает значительно повысить передачи и эффективность хранения данных, но это лишь часть преимуществ применения поясницы. В действительности речь заходит о переходе на новое поколение электроники.

Не считая названных выше, спинтроника имеет пара ответственных преимуществ:

•         смена ориентации поясницы электрона требует значительно меньше энергии (экономия энергии);

•         разработка создаёт мало тепла;

•         устройства потребляют меньше электричества.

Сейчас к этим возможностям добавилось еще и действенное применение избыточного тепла. Изучения длятся, и кто знает, какие конкретно еще открытия ожидают ученых на этом пути? 

Источник: esciencenews.com

• арсенид галлия
• марганца
• полупроводник
• спинтроника
• тепловая энергия

Author: NataKon

Случайные записи:

• Новые технологии домашнего энергоснабжения для электромобилей
• По парижу в электромобиле

Делаем из слабого ПК игровой. Улучшение производительность ПК

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Как превращать отработанное тепло вэлектричество

  Еще около десяти лет назад Чень с сотрудниками, создав компанию GMZ Energy, начали работу над маленьким генератором. «Все признают громадной потенциал…

• Термоэлектрический генератор – преобразование тепла выхлопных газов в электроэнергию

  В центре нанотехнологий Бирка докторант Факультета машиностроения Университета Пердью Ягуо Ван трудится с скоростными лазерами. Основной объект его…

• Наука и практика нанотехнологий для вычислительных мощностей

  1–3 марта в Общественной палате РФ состоялась VII Конференция Общероссийской публичной организации «Нанотехнологическое общество России», посвященная…

• Черви превращают металл в полупроводники

  Черви нужны в огородах и незаменимы для рыбной ловли, но один из их талантов до сих пор оставался скрытым. Ученые поняли, что они смогут создавать…