Spintronics cihazları daha hızlı ve daha enerji tasarruflu bilgisayarların gerçekleştirilmesinin anahtarı olacaktır. Bize nasıl yapılacağını daha iyi anlamak için, bir Kobe Üniversitesi ekibi artık farklı üretim tekniklerinin kilit bir bileşenin malzeme özelliklerini nasıl etkilediğini gösterdi.
Elektronlar aynı anda daha fazla bilgi taşıyabilirse, elektronik cihazlar daha verimli ve daha hızlı hale getirilebilir. Bu, araştırmacıların bilgisayarlarımızı önemli ölçüde iyileştirmek için veri depolama, işleme ve sensör cihazlarında şarj etmek için elektronların dönüşünü kullanmaya çalıştıkları spintronics’in arkasındaki temel fikirdir.
Bu tür cihazlar için bir bileşen, örneğin bilgi işlemede veya yeni bir tür hızlı ve uçucu olmayan bellekte nöron benzeri davranışlar için kullanılabilen “Manyetik Tünel Kavşağı” dır. Grafen gibi ince bir yalıtım tabakasını sandviçleyen, genellikle bir nikel demir alaşımı olmak üzere iki ferromanyetten oluşurlar.
Kobe Üniversitesi Elektronik Mühendisi Ono Tomoya, “Sorun, malzemeler arasındaki arayüzün nasıl davrandığı hakkında çok az şey biliyoruz, bu nedenle bu cihazların nasıl üretileceği konusunda birçok bilinmeyen var.”
Ono ve ekibi, bu malzemelerin üretilme şeklinin muhtemelen arayüzün elektronik yapısını değiştirdiğini fark ettiler.
Birinci prensip hesaplamalarında uzmanlar, yani elektronlarının davranışına göre malzemelerin özelliklerini hesaplamak, önce metal ve izolatörün üretim tekniğine bağlı olarak atomik bir ölçekte nasıl hizalanacağını araştırdılar; İkincisi, bunun spintronics uygulamaları ile ilgili arayüzdeki manyetik özellikleri nasıl etkileyeceği.
Hesaplamalarının bir kısmı için, 2022 yılına kadar dünyanın en hızlı süper bilgisayar olan Kobe merkezli Riken süper bilgisayar Fugaku’yu kullandılar.
İçinde Uygulamalı Fizik DergisiKobe Üniversitesi ekibi sonuçlarını yayınladı. İzolatör, ferromanyetik kristalin izolatörün bir pul üzerinde büyütüldüğüne kıyasla, Ferromanyet’in yüzeyinin farklı olduğunu gösterirler.
Daha spesifik olarak, üzerine grafenin aktarılabileceği bir dökme nikel demir mıknatıs, genellikle yüzeyinde daha fazla nikel bulunurken, bir grafen plakası üzerinde yetiştirilen bir mıknatıs bir demir tabakasına sahip olacaktır. Bu, ister sensörler ister depolama aygıtları için olsun, manyetik bir tünel kavşağının davranışı için bir fark yaratır.
Bu iki durumun farklı nedeni, izolatörün karbon atomlarının elektronlarının metal atomlarının elektronlarıyla nasıl etkileşime girdiğidir.
“Nikel demir ve grafen arasındaki arayüzde, demir atomlarının elektronları ve karbon atomları karışır veya” hibridize “dediğimiz gibi. Karbon ve nikel elektronları bunu yapmaz. Bu, birleşimin bir bütün olarak nasıl davrandığını etkiler.”
Sonuçlar sadece bu özel bileşenin üretimi üzerinde daha iyi kontrolün yolunu açmakla kalmaz. Araştırmacılar ferromanyetik metaller ve iki boyutlu malzemeler arasındaki arayüz yapısını yöneten temel bir mekanizma bulduklarından, diğer malzeme sistemlerine de uzanırlar.
Ono, “Amacımız da diğer malzemelerden yapılan yüksek performanslı manyetik tünel kavşakları geliştirmektir. Alan boyunca çalışmaları ilerletecek temel ve değerli sonuçlar elde ettiğimize inanıyoruz.”
