Устройства Magnonic могут заменить электронику

Устройства Magnonic могут заменить электронику

Электронные устройства, такие как транзисторы, становятся меньше и скоро выйдут за пределы обычной производительности, основанной на электрических токах.

Устройства, основанные на магнонических токах - квазичастицах, связанных с волнами намагничивания или спиновыми волнами в некоторых магнитных материалах, - преобразуют отрасль, хотя ученым необходимо лучше понять, как ими управлять.

Инженеры из Калифорнийского университета в Риверсайде сделали важный шаг на пути к разработке практических магнонных приборов, впервые изучив уровень шума, связанного с распространением магнонного тока.

Шум или флуктуации потока тока являются важной метрикой при оценке того, подходит ли электронное устройство для практического применения. Поскольку шум мешает работе устройства, лучшее понимание того, насколько шумны магноны, поможет инженерам разработать более совершенные устройства.

Вся существующая электроника основана на проводниках электричества, таких как металлы или полупроводники. Когда электроны проходят через эти материалы, они испытывают рассеяние, которое приводит к электрическому сопротивлению, нагреву и рассеиванию энергии. Когда ток проходит через провод или полупроводник, неизбежный нагрев вызывает потерю энергии. Меньшие устройства и микросхемы с более высокой плотностью транзисторов ускоряют потерю энергии из-за нагрева. Устройства, использующие обычные электронные токи, находятся почти в том месте, где их нельзя сделать меньше.

Новый класс материалов обладает магнитными свойствами, которые происходят от спина, типа врожденного импульса. Отдельные «куски», или единицы спиновых волн, называются магнонами. Магноны не являются настоящими частицами, такими как электроны, но они ведут себя как частицы и могут рассматриваться как таковые.

Волна энергии, называемая спиновой волной, может перемещаться по электроизоляционному материалу для передачи энергии без движения каких-либо электронов - как люди, делающие волну на стадионе. Это означает, что магноны могут распространяться, не выделяя много тепла и не теряя много энергии.

Новая область электроники под названием магноникс пытается создать устройства для обработки и хранения информации, а также сенсорные приложения, использующие токи магнонов вместо электронов. В то время как электронный шум был известен в течение долгого времени, никто не исследовал шум магнонов - до сих пор.

Команда во главе с Александром Баландином, выдающимся профессором электротехники и вычислительной техники в Техническом колледже Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете, создала микросхему, генерирующую магноновый ток или спиновую волну между передающей и приемной антеннами.

Эксперименты показали, что магноны не очень шумные на низких уровнях мощности. Но на высоких уровнях мощности шум стал необычным, в нем преобладали широкие колебания, которые исследователи назвали случайным шумом телеграфного сигнала, который может повлиять на производительность устройства. Шум заметно отличался от шума, производимого электронами, и выявлял ограничения на создание магнонических устройств.

«Устройства Magnonic должны предпочтительно работать с низким уровнем мощности», - сказал Баландин. «Можно сказать, что шум магнонов является сдержанным при низкой мощности, но становится высоким и дискретным при определенном пороговом значении мощности. Это составляет скрытое очарование магнонических устройств. Наши результаты также говорят нам о возможных стратегиях поддержания низкого уровня шума. "

Будет ли открытие необычных шумовых характеристик препятствовать развитию магнонических устройств?

«Нет, цель обработки информации - перейти на малое энергопотребление», - сказал Баландин.

На данный момент исследовательская группа Баландина проводит эксперименты с общими компонентами, чтобы понять основы. Их первые экспериментальные устройства относительно велики. Они планируют исследовать физические механизмы возникновения магнонного шума и протестировать существенно уменьшенную версию таких устройств.


Источник: sciencedaily.com

20:46
554
Нет комментариев. Ваш будет первым!