Mütevazı hematit, son teknoloji yıldızı oluyor

Elektronik

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 30.04.2025

İki karışan mod, entegre bir platin tabakasına (mavi) bir spin akımı (oklarla kırmızı/mavi küreler) enjekte ederek spin dalgaları (kırmızı/mavi spiraller) oluşturur. Girişim desenleri ayrı ayrı lazer ışını (yeşil) ile tespit edilir. Üst taraftaki kavisli ok, ortaya çıkan polarizasyonun dinamik olarak kontrol edildiğini göstermektedir. [Görsel: Anna Duvakina/LMGN EPFL]

Spintronik hematit

Çok sayıda demir oksitten biri olan ve demirin çıkarıldığı ana cevher olan mütevazı ve yaygın olarak dağılmış hematit (Fe ₂ O ₃ ), egzotik bileşikler ve kuantum malzemeleriyle birlikte yerini alarak bir teknoloji yıldızı statüsüne yükseldi.

Lozan'daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nden (EPFL) Lutong Sheng ve meslektaşları, hematitin spintronik alanını ilerletmek için tüm bilim camiasının aradığı malzeme olduğunu keşfettiler. Spintronik, bir elektronun elektrik yükü yerine manyetik momentini kullanarak hesaplama yapmanın daha hızlı ve daha verimli bir yoludur.

2023 yılında aynı ekip, geleneksel elektron akışı veya elektrik akımı yerine, magnon adı verilen kuazi parçacıklarının spin dalgaları olarak da bilinen manyetik dalgaları kullanarak hesaplama yapmanın yolunu buldu.

İşin püf noktası, radyo frekans sinyallerini kullanarak spin dalgalarını harekete geçirip minik nanomıknatısların mıknatıslanma durumunu tersine çevirmektir. Örneğin 0'dan 1'e geçildiğinde, bu nanomıknatısların dijital bilgileri depolamasına olanak tanır; bu işlem bilgisayar belleklerinde ve daha genel olarak bilgi ve iletişim teknolojilerinde kullanılır.

Bu, sürdürülebilir bilişime doğru atılmış önemli bir adımdı çünkü spin dalgaları aracılığıyla verilerin kodlanması, elektron tabanlı aygıtlarla ilişkili enerji kaybını veya Joule ısınmasını ortadan kaldırabiliyor.

Ancak bir ayrıntı eksikti: Orijinal deneyde, spin dalgası sinyalleri manyetik bitleri sıfırlamak için kullanılamıyordu; bu da mevcut verileri yeniden yazmanın henüz mümkün olmadığı anlamına geliyordu. İşte tam bu noktada hematit devreye giriyor.

Bir sonraki adım, hematit kullanarak spintronik bileşenler üretmek ve bunların okuma, silme ve yeniden yazma yeteneklerini test etmek olacak. [Resim: Lutong Sheng ve diğerleri. - 10.1038/s41567-025-02819-7]

Magnon modları

Ekip, hematitte benzeri görülmemiş bir manyetik davranış keşfetti: Dünya'da bol miktarda bulunan ve spintronikte kullanılan malzemelerden çok daha çevre dostu olan demir oksit bileşiği, manyetik verilerin tekrar tekrar yazılmasına ve yeniden yazılmasına olanak tanıyor.

"Bu çalışma, hematitin itriyum demir garnet gibi yerleşik malzemeler için sürdürülebilir bir yedek olmadığını gösteriyor. Ultra yüksek frekanslı sinyal işleme için kullanılabilen, ultra hızlı spintronik cihazların geliştirilmesi ve bunların yeni nesil bilgi ve iletişim teknolojilerindeki uygulamaları için elzem olan tamamen yeni bir spin fiziği sergiliyor," diyor Profesör Dirk Grundler.

Araştırmacının bahsettiği itriyum demir garnet gibi manyetik malzemeler, her zaman aynı davranışa ve özelliklere sahip olan çok karakteristik magnonlar üretir - fizikçiler bunlara tek modlu magnonlar adını verir. Ancak hematit, ek magnon modları üreten ayrı spin dalgaları arasında bir girişim fenomeni sergiledi.

Ve en azından iki magnon moduna sahip olmak hayati önem taşıyor: Bu, magnonlar tarafından üretilen spin akımlarının aynı cihazda zıt polarizasyonlar arasında geçiş yapacak şekilde ayarlanabileceği anlamına geliyor; bu da bir nanomıknatısın mıknatıslanma durumunu her iki yönde de değiştirebiliyor.

Böylece hematit, bu yeni ortaya çıkan bilgi işlem sistemlerinde dijital verilerin tekrar tekrar kodlanmasını ve depolanmasını mümkün kılabilir.

"Hematit, binlerce yıldır insan tarafından biliniyordu, ancak manyetizması yaygın uygulamalar için çok zayıftı. Şimdi, 1950'lerde mikrodalga elektroniği için optimize edilmiş bir malzemeden daha iyi performans gösterdiği bulundu," dedi Grundler. "Bilimin güzelliği şu: Bu kadim, Dünya'da bol miktarda bulunan malzemeyi alıp, onun için çok zamanında bir uygulama bulabilirsiniz; bu da bize spintroniklere daha verimli ve sürdürülebilir bir yaklaşım getirme olanağı sağlayabilir."

Diğer haberler:

Daha fazla konu