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IBM突破自旋電子技術有望引發內存革命

2019/06/07 来源:虹口信息港

导读

Computer world站日前发表文章称,IBM研究人员在自旋电子学领域取得了重大技术突破,可以将电子自旋周期延长30倍,从而有望突破内

  Computer world站日前发表文章称,IBM研究人员在自旋电子学领域取得了重大技术突破,可以将电子自旋周期延长30倍,从而有望突破内存行业面临的 极限困境 ,在未来引发新一轮 存储革命 。以下为文章全文:

  科学期刊《自然》将在本周刊登一篇由IBM研究人员撰写的论文,他们声称在自旋电子学领域取得了一项重大的技术突破,可以显著提高内存与存储设备的存储能力,同时能够大大降低其能耗。

  何為自旋電子學?

  自旋电子学是 自旋迁移电子学 的简称,它能够利用电子在磁场内的自旋并结合读写头,在半导体材料上记录和读取数位数据。

  通过改变电子在其空间中的相对轴向(向上或向下),物理学家可以用它代表数据位。例如,电子在向上的轴上就是 1 ,而电子在向下的轴上就是 0 。

  长期以来,自旋电子学一直面临一个固有的问题,因为电子 向上或向下 的方向状态只能保持100皮秒 1皮秒相当于1秒的1万亿分之一(1纳秒的千分之一)。100皮秒不足以进行一次运算,所以晶体管不能完成运算功能,数据存储也不持久。

  IBM让自旋电子大跳 集体舞

  在发表于《自然》的这项研究中,IBM研究院与瑞士苏黎世联邦理工学院(简称 ETH )固态物理实验室宣布,他们发现的一种同步方法可以将电子自旋周期延长30倍至1.1纳秒,这也是1 GHz处理器的运算周期。

  该论文的联合作者、IBM研究院纳米物理研究小组的科学家吉安 萨里斯(Gian Salis)表示,IBM的科学家利用超短激光脉冲监测一小块地方内成千上万电子同时产生的自旋,从而了解这些电子自旋状态的变化。

  通常情况下,这些自旋电子会随机旋转并迅速失去方向性。在该项研究中,IBM和ETH的研究人员首次发现了如何将自选电子整齐地呈条带状排列的方法,这种排列又被称为 恒定自旋螺旋 (persistent spin helix,简称PSH)。

  萨里斯指出, 自旋锁定 这一概念早提出于2003年,之后的一些实验发现了证明此类此类锁定存在的迹象,但是迄今为止从未有人直接观察到这一过程。

  自旋方向的这些旋转是完全不相关的 萨里斯表示, 现在我们可以让这种旋转实现同步,从而让电子保持自旋的同时又全部沿同一个方向旋转,就像整齐划一的集体舞一样。

  我们已经完全掌握了这个过程,并且已经证明了这一理论。 他补充道。

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