VIDEO: Atomski slojeviti magneti za zelena računala

Upotreba magnetskih materijala za izradu računalnih uređaja kao što su memorije i procesori pojavila se kao obećavajući put za stvaranje računala "beyond-CMOS", koja bi trošila daleko manje energije u usporedbi s tradicionalnim računalima. Prebacivanje magnetizacije u magnetima može se koristiti u računanju na isti način na koji se tranzistor prebacuje iz otvorenog ili zatvorenog stanja za predstavljanje nula i jedinica binarnog koda.

Iako je velik dio istraživanja u ovom smjeru usmjeren na korištenje masovnih magnetskih materijala, nova klasa materijala nazvanih dvodimenzionalni van der Waalsovi magneti, pruža vrhunska svojstva koja mogu poboljšati skalabilnost i energetsku učinkovitost magnetskih uređaja kako bi se mogli komercijalno proizvoditi na održiv način.

Iako su prednosti prelaska na 2D magnetske materijale očite, njihovu praktičnu integraciju u računala ometaju neki temeljni izazovi. Sve do nedavno, 2D magnetski materijali mogli su raditi samo na vrlo niskim temperaturama, slično kao supravodiči. Stoga je podizanje njihovih radnih temperatura iznad sobne temperature ostalo primarni cilj.

Osim toga, za korištenje u računalima važno je da se njima može upravljati električnim putem, bez potrebe za magnetskim poljima. Premošćivanje ove temeljne praznine, gdje se 2D magnetski materijali mogu električno prebacivati ​​iznad sobne temperature bez ikakvih magnetskih polja, moglo bi potencijalno katapultirati prevođenje 2D magneta u sljedeću generaciju "zelenih" računala.

Tim istraživača MIT-a sada je postigao ovu ključnu prekretnicu dizajnirajući "van der Waalsovu atomski slojevitu heterostrukturu" uređaj gdje je 2D van der Waalsov magnet, željezni galij telurid, spojen s drugim 2D materijalom, volfram diteluridom.

Kada električna struja teče kroz teške metale poput platine ili tantala, elektroni se odvajaju u materijalima na temelju njihove komponente spina, fenomen koji se naziva spin Hall efekt. Način na koji se ta segregacija događa ovisi o materijalu, a posebno o njegovoj simetriji.

Volframov ditelurid koji su istraživači koristili ima ortorombsku kristalnu strukturu. Primjenom struje duž svoje osi niske simetrije, rezultirajuća struja vrtnje ima komponentu vrtnje izvan ravnine koja može izravno inducirati prebacivanje u ultratankom magnetu povezanom s volframovim diteluridom, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Računalna memorija i procesori izgrađeni od magnetskih materijala troše manje energije od tradicionalnih uređaja temeljenih na siliciju. A van der Waalsovi magneti mogu ponuditi veću energetsku učinkovitost i bolju skalabilnost u usporedbi s masovnim magnetskim materijalom, primjećuju istraživači.

Gustoća električne struje koja se koristi za prebacivanje magneta pretvara se u količinu energije koja se rasprši tijekom prebacivanja. Manja gustoća znači energetski učinkovitiji materijal.

Istraživački tim sada promatra slične van der Waalsove materijale niske simetrije kako bi vidio mogu li još više smanjiti gustoću struje. Također se nadaju suradnji s drugim istraživačima kako bi pronašli načine za proizvodnju 2D uređaja s magnetskim prekidačima u komercijalnim razmjerima.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Science možete pronaći na ovoj poveznici.