Çalışma dergide yayınlandı Doğa İletişimi.
Spintronics, bilgileri depolamak ve kontrol etmek için elektronların “spin” özelliğini kullanan bir teknolojidir ve ultra düşük güç belleği, nöromorfik yongalar ve stokastik hesaplama için hesaplama cihazları gibi yeni nesil bilgi işleme teknolojileri için önemli bir temel olarak kabul edilmektedir, çünkü daha az güç tüketir ve konjansiyonel semizikatörlerden daha fazla nonvolilate değildir.
Bu araştırma önemlidir, çünkü bu spintronics cihazlarının verimliliğini önemli ölçüde artırabilecek yeni bir yaklaşım sunmaktadır.
Dr. Dong-soo Han’Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) Yarıiletken Teknoloji Araştırma Merkezi’ndeki araştırma ekibi, DGist’teki Prof. Jung-il Hong’un araştırma ekipleriyle işbirliği içinde ve Yonsei Üniversitesi’nde Prof. Kyung-Hwan Kim, manyetik materyallerin iç büyütme yönlerini dış uyarmadan kendiliğinden değiştirmesine izin veren yeni bir fiziksel fenomen belirlemiştir.
Manyetik malzemeler, dahili mıknatıslanmalarının yönünü değiştirerek bilgileri depolayan veya hesaplamalar yapan yeni nesil bilgi işleme cihazlarının anahtarıdır. Örneğin, mıknatıslama yönü yukarı doğru ise, 1 olarak tanınır ve eğer aşağı doğru ise 0 olarak tanınır ve veriler depolanabilir veya hesaplanabilir.
Geleneksel olarak, mıknatıslanma yönünü tersine çevirmek için, elektronların dönüşünü mıknatısa zorlamak için büyük bir akım uygulanır. Bununla birlikte, bu işlem, spinlerin bir kısmının mıknatısa ulaşmadığı ve dağıtıldığı spin kaybı ile sonuçlanır, bu da önemli bir güç atığı ve zayıf verimlilik kaynağı olarak kabul edilir.
Araştırmacılar, spin kaybını azaltmak için malzeme tasarımı ve süreç iyileştirmeleri üzerine odaklandılar. Ama şimdi, ekip spin kaybının aslında mıknatıslanmayı değiştirerek tam tersi bir etkiye sahip olduğunu buldu. Bu, spin kaybının, tıpkı balonun dışarı çıkarılmasına bir reaksiyon olarak hareket ettiği gibi, manyetik malzeme içinde spontan bir mıknatıslama anahtarını indüklediği anlamına gelir.
Deneylerinde ekip, paradoksu, spin kaybı ne kadar büyük olursa, mıknatıslanmayı değiştirmek için o kadar az güç olduğunu gösterdi. Sonuç olarak, enerji verimliliği geleneksel yöntemlerden üç kat daha yüksektir ve özel malzemeler veya karmaşık cihaz yapıları olmadan gerçekleştirilebilir, bu da onu son derece pratik ve endüstriyel olarak ölçeklenebilir hale getirir.
Buna ek olarak, teknoloji, mevcut yarı iletken süreçlerle uyumlu olan basit bir cihaz yapısı benimser, bu da kitlesel üretim için oldukça uygulanabilir hale getirir ve aynı zamanda minyatürleştirme ve yüksek entegrasyon için de avantajlıdır. Bu, AI yarı iletkenleri, ultra düşük güçlü bellek, nöromorfik hesaplama ve olasılık tabanlı bilgi işlem cihazları gibi çeşitli alanlarda uygulamaları sağlar.
Özellikle, AI ve Edge bilgi işlem için yüksek verimli bilgi işlem cihazlarının geliştirilmesinin tüm hızıyla devam etmesi beklenmektedir.
KIST’de kıdemli bir araştırmacı olan Dr. Dong-soo Han, “Şimdiye kadar, spintronics alanı sadece spin kayıplarını azaltmaya odaklandı, ancak kayıpları mıknatıslanma anahtarlamasını teşvik etmek için enerji olarak kullanarak yeni bir yön sunduk.” Dedi.
“AI döneminde gerekli olan ultra düşük güçlü bilgi işlem teknolojilerinin temeli olarak hizmet edebilecekleri için, ultra küçük ve düşük güçlü AI yarı iletken cihazları aktif olarak geliştirmeyi planlıyoruz.”
