V elektroniki smo dolgo temeljili le na električnem naboju elektronov. Spintronika, nova veja tehnologije, pa poleg naboja izkorišča še dve kvantni lastnosti: spin (usmerjenost elektrona »gor« ali »dol«) in orbitalni kotni moment (način gibanja elektrona okoli jedra).
S tem lahko naprave hranijo več podatkov na manjšem prostoru, delujejo hitreje, porabijo manj energije in ohranijo informacije tudi brez napajanja.
Dolgoletni problem: napake v materialih
Največja ovira za napredek spintronike so bile do zdaj napake v materialih. Res je, da nepravilnosti olajšajo zapis podatkov, saj zmanjšajo potreben tok, a hkrati povečajo električni upor, slabijo prevodnost in zvišujejo porabo energije. Ta kompromis je dolgo preprečeval razvoj ultra-varčnih spintroničnih naprav.
Raziskovalna skupina z Inštituta za materiale in inženiring NIMTE na Kitajski akademiji znanosti je v raziskavi, objavljeni v reviji Nature Materials, pokazala, da je napake mogoče obrniti v prid napravam.
Z uporabo natančno zasnovanih naprav in meritev so odkrili nepričakovano pravilo: inženiring napak hkrati izboljša prevodnost in kot orbitalnega »Hallovega učinka«. To je povsem drugače od dosedanjih spintronikov, kjer so napake pomenile izgubo učinkovitosti.
Zakaj se to zgodi?
Raziskovalci pojasnjujejo pojav z mehanizmom »orbitalne relaksacije«. Poenostavljeno povedano: sipanje elektronov, ki bi običajno poslabšalo delovanje, v tem primeru podaljša življenjsko dobo orbitalnega momenta in s tem okrepi orbitalni tok.
»Namesto da bi se proti napakam borili, jih zdaj lahko izkoristimo,« je dejal prof. Zhiming Wang, eden od vodilnih avtorjev.
Večja učinkovitost in nova pravila oblikovanja
Eksperimenti so pokazali, da prilagajanje prevodnosti vodi do trikrat boljše energijske učinkovitosti pri preklapljanju naprav. To odkritje ne prinaša le boljšega razumevanja orbitalnega transporta, temveč odpira popolnoma nove smernice za zasnovo energetsko učinkovitih spintroničnih komponent.
Novinar
