Новости космоса и технологий. » Физика » Новые принципы конструирования спиновых квантовых материалов

Новые принципы конструирования спиновых квантовых материалов

Опубликовал: Admin, 19-09-2020, 16:57, Физика, 152, 0

Новые принципы конструирования спиновых квантовых материалов

По мере того как наша жизнь все больше переплетается с технологиями - будь то поддержка общения при удаленной работе или потоковая передача нашего любимого шоу - наша зависимость от данных, создаваемых этими устройствами, также возрастает. Центры обработки данных, поддерживающие эти технологические экосистемы, производят значительный углеродный след и ежегодно потребляют 200 тераватт-часов энергии, что превышает годовое потребление энергии Ираном. Чтобы сбалансировать экологические проблемы и одновременно удовлетворить растущий спрос, усовершенствования в области микроэлектронных процессоров - основы многих устройств Интернета вещей (IoT) и концентраторов данных - должны быть эффективными и экологически безопасными.

Материаловеды Северо-Западного университета разработали новые принципы проектирования, которые могут помочь стимулировать разработку будущих квантовых материалов, используемых для развития (IoT) устройств и других ресурсоемких технологий, при одновременном ограничении экологического ущерба.

«Новые революционные материалы и компьютерные парадигмы необходимы, чтобы сделать Центры обработки данных Более энергоэффективными в будущем», - сказал Джеймс Рондинелли, профессор материаловедения и инженерии и профессор материалов и производства Морриса Э. инженерной школы Маккормика, которая руководила исследованием.

Исследование знаменует собой важный шаг в усилиях Рондинелли по созданию новых материалов, которые являются энергонезависимыми, энергоэффективными и генерируют меньше тепла - важные аспекты будущей сверхбыстрой маломощной электроники и квантовых компьютеров, которые могут помочь удовлетворить растущий мировой спрос на данные. .

В отличие от некоторых классов полупроводников, использующих заряд электрона в транзисторах для питания вычислений, твердотельные материалы на основе спина используют спин электрона и могут поддерживать устройства памяти с низким энергопотреблением. В частности, материалы с высококачественной устойчивой спиновой текстурой (PST) могут демонстрировать долгоживущую устойчивую спиновую спираль (PSH), которая может использоваться для отслеживания или управления спиновой информацией в транзисторе.

Хотя многие материалы на основе спина уже кодируют информацию с помощью спинов, эта информация может быть искажена, поскольку спины распространяются в активной части транзистора. Новый PST, созданный исследователями, защищает эту информацию о вращении в форме спирали, что делает его потенциальной платформой, на которой работают сверхнизкая энергия и сверхбыстрая логика и устройства памяти на основе вращения.

Исследовательская группа использовала квантово-механические модели и вычислительные методы для разработки основы для идентификации и оценки спиновых текстур в группе нецентросимметричных кристаллических материалов. Возможность управлять и оптимизировать время жизни спина и транспортные свойства в этих материалах жизненно важна для реализации будущего квантовых микроэлектронных устройств, которые работают с низким энергопотреблением.

«Ограничивающей характеристикой спиновых вычислений является сложность получения как долгоживущих, так и полностью контролируемых спинов из обычных полупроводниковых и магнитных материалов», - сказал Рондинелли. «Наше исследование поможет будущим теоретическим и экспериментальным усилиям, направленным на управление спинами в других магнитных материалах, не являющихся , Для удовлетворения будущих масштабных и экономических требований».

В рамках концепции Рондинелли использовались микроскопические эффективные модели и теория групп для определения трех критериев проектирования материалов, которые могли бы создавать полезные спиновые текстуры: плотность носителей, количество электронов, распространяющихся через эффективное магнитное поле, анизотропия Рашбы, соотношение между внутренними параметрами спин-орбитальной связи материалов и заполнения импульсного пространства, область PST, активная в электронной зонной структуре. Затем эти характеристики были оценены с помощью квантово-механического моделирования для обнаружения высокопроизводительных PSH в ряде материалов на основе оксидов.

Исследователи использовали эти принципы и численные решения ряда дифференциальных уравнений спиновой диффузии для оценки спиновой текстуры каждого материала и предсказания времени жизни спина для спирали в пределе сильного спин-орбитального взаимодействия. Они также обнаружили, что могут регулировать и улучшать производительность PST, используя атомарные искажения в пикомасштабе. Группа определила оптимальный материал PST, Sr3Hf2O7 который показал значительно более длительное время жизни спина для спирали, чем в любом ранее описанном материале.

«Наш подход обеспечивает уникальную химически независимую стратегию для обнаружения, идентификации и оценки устойчивых спиновых текстур с защитой от симметрии в квантовых материалах с использованием внутренних и внешних критериев», - сказал Рондинелли. «Мы предложили способ увеличения количества пространственных групп, в которых размещается PST, который может служить резервуаром для разработки будущих материалов PST, и нашли еще одно применение для сегнетоэлектрических оксидов - соединений со спонтанной электрической поляризацией. Наша работа также будет помочь направить экспериментальные усилия, направленные на реализацию материалов в реальных конструкциях устройств ».

Документ с описанием работы под названием «Принципы открытия и материалы для защищенных симметрией устойчивых спиновых текстур с длительным временем жизни» был опубликован в Интернете 18 сентября в журнале Дело .


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии