استفاده از نانوذرات برای تحقق رویای اسپین‌ترونیک

برای اولین بار محققان، افزاره‌ای ساختند که با آن می‌توان پردازش کامپیوتر را هزار برابر افزایش داد. برای این کار شینیبو اهیا و همکارانش از دانشگاه توکیو قطعه نیمه‌هادی اسپین‌ترونیک نانومقیاسی ساختند که می‌تواند میلیاردها بار در ثانیه میان حالت‌های مغناطیسی ویژه‌ای سوئیچ کند، این رقم بسیار بیشتر از فرکانس ادوات رایج است. در واقع محققان از نانوذرات برای کمک به تحقق رویای اسپین‌ترونیک استفاده کردند.

زمانی که شما اقدام به خرید تلفن‌های هوشمند یا کامپیوتر می‌کنید، یکی از ویژگی‌هایی که روی محصول درج شده، دارای واحد گیگاهرتز است. در حال حاضر دستگاه‌های الکترونیکی با چند گیگاهرتز کار می‌کنند اما دانشمندان به دنبال افزایش فرکانس کارکرد دستگاه هستند.

اوهیا می‌گوید: «من امیدوارم که تحقیقات ما منجر به ارائه افزاره‌ای جدید در حوزه حافظه و مدارهای مبتنی بر اسپین‌‌ترونیک شود. طی دهه‌های آتی مصرف‌کنندگان در بازار شاهد دیتا سنترها و تلفن‌های هوشمند اسپین‌ترونیک خواهند بود.»

در حوزه اسپین‌ترونیک از اسپین الکترون و خواص آن استفاده می‌شود. در حال حاضر در سامانه‌های محاسباتی از سوئیچ میان حالت‌های مختلف در یک ماده برای انتقال اطلاعات استفاده می‌شود. کدهای صفر و یک توسط ولتاژی ایجاد می‌شوند که هر قدر سوئیچ میان آن سریع‌تر باشد، عملکرد دستگاه نیز سریع‌تر خواهد بود. در ادوات اسپین‌ترونیک حالت‌های مغناطیسی شده در تشکیل کدهای باینری نقش دارند.

محققان این پروژه لایه‌ای از جنس نانوذرات MnAs برای این کار استفاده کردند. اوهیا می‌گوید: «تاکنون محققان این حوزه از فیلم‌های فلزی فرومغناطیس برای مدولاسیون تراهرتز استفاده می‌کردند، در این پروژه ما از نانوذرات فرومغناطیس در فیلم نیمه‌هادی با ضخامت صد نانومتر استفاده کردیم. با این کار تابش به حدی کم می‌شود که می‌توان به یکنواختی میدان الکتریکی تراهرتز رسید و اسپین را تغییر داد.»

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Large terahertz magnetization response in ferromagnetic nanoparticles  در نشریه Applied Physics Letters به چاپ رسیده است.