Intelligens spintronikai fejlesztések magyar kutatók részvételével

A hagyományos elektronika leváltását célzó terület, a spintronika elméleti megalapozásához jelentenek fontos előrelépést magyar kutatók, köztük az MTA-BME Lendület-csoport tagjainak eredményei, akiknek a munkáját a Magyar Tudományos Akadémián kívül az Európai Unió is támogatja az ERC Starting Grant és a Marie Curie Reintegration Grant ösztöndíjjal.

A Boross Péter, Dóra Balázs, Kiss Annamária és Simon Ferenc által jegyzett, eredményeiket összegző tanulmány a rangos Scientific Reportsban látott napvilágot.
Az alábbi cikk az MTA-nak a szerkesztőségünkhöz eljuttatott sajtóközleménye alapján készült.

Az informatika rohamos fejlődése előrevetíti, hogy a következő 10-15 évben a hagyományos elektronikai architektúrára, azaz működési elvre épülő eszközök elérik teljesítőképességük fizikai határait, tovább nem növelhető a sebességük és a tárolókapacitásuk. Ráadásul az informatikai eszközök sebességének emelkedése fokozza az energiafelhasználást, és növeli ökológiai lábnyomunkat” – vázolta az mta.hu-nak a kutatásokat irányító Simon Ferenc, az MTA doktora, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) egyetemi tanára a probléma lényegét, amelynek a megoldását a fizikusok világszerte immár több évtizede keresik.

A témában rendkívül ígéretesnek bizonyul egy teljesen új számítástechnikai architektúra, a spintronika kifejlesztése. Míg a jelenleg használatos eszközök az elektron töltésének felhasználásával működnek, a jövő berendezéseiben az elektronnak egy másik kvantumtulajdonsága, spinjének, saját perdületének iránya lesz a mérvadó. Mivel a spinek koherens állapota sokkal tovább marad meg, mint az egy irányba mozgó töltéseké, a spintronikai eszközök számos előnnyel kecsegtetnek a hagyományos elektronikai eljárásokhoz képest.

A spintronika azt ígéri, hogy sokkal kevesebb elektronnal, kisebb egységekben és nagyobb megbízhatósággal lehet ugyanazokat a műveleteket elvégezni” – emelte ki Simon Ferenc. Hozzátette: a terület számos sikere ellenére, mint amilyen a jelenlegi merevlemezekben már spintronikai elven alapuló olvasófejek alkalmazása, számos fontos kérdés és technikai probléma  még tisztázásra vár . Ezek közül az egyik legfontosabb az anyag spintronikai használhatóságát jellemző spinrelaxáció jelensége, amelynek elméleti alapjait az 1950-es évek óta kutatják.

A Scientific Reportsban közölt tanulmányban a szerzők leírják, miként egyesítették a spinállapot leírására jelenleg alkalmazott két külön elméletet, az Elliott-Yafet- és a Gyakonov-Perel-teóriát, amelyek a spinrelaxációra különböző hőmérsékletfüggést adnak a fémekben és a félvezetőkben az úgynevezett inverziós szimmetria meglététől függően. (Az inverziós szimmetria azt jelenti, hogy ha egy atomra mint pontra tükrözik a kristályt, akkor önmagába megy át.)

A magyar kutatók azt a kérdést tették fel, nem lehetséges-e a két elméletet egységes fizikai alapokra helyezni és egységes matematikai formalizmussal leírni. Általános alapokon nyugvó elméletük nemcsak egységesíti a két eddigi elméletet, hanem kidolgozása során olyan fizikailag releváns eseteket is azonosítottak, amikor a két elmélet jósolta spinrelaxációs jellegek folytonosan egymásba alakulnak.

“Eredményeinket új, spintronikai potenciállal bíró anyagok tudatos tervezésére lehet alkalmazni. Egy számítógéphez szükséges tranzisztorok tervezésekor például az első kérdés az, hogy az elektronmobilitástól függően milyen anyagból, szilícium, germánium vagy gallium-arzenit felhasználásával készüljenek-e. A mi módszerünk azért jó, mert segítségével elméleti úton megjósolhatók az anyagok spinrelaxációs tulajdonságai” – összegezte Simon Ferenc

Forrás:
Magyar Tudományos Akadémia