Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Je kunt ook een cookievrije versie van de website bezoeken met minder functionaliteit. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 40 reacties, 18.731 views •

De spin van elektronen in grafeen zou op termijn kunnen worden ingezet als informatiedrager en zelfs als rekeneenheid in computers. Een verbeterde injectietechniek zou tot extreem snel en zuinig geheugen kunnen leiden.

Onderzoekers van de universiteit in Californië hebben een verbetering in spintronics ontwikkeld waarbij elektronenspin in grafeen wordt overgebracht. Bij spintronics wordt de spin, een quantummechanische eigenschap van deeltjes, gebruikt als bits. Zij noemden hun techniek tunneling spin injection; ze 'injecteren' elektronen met spin. Door de spintoestand van de elektronen weer uit te lezen, kan de spin effectief worden gebruikt als informatiedrager. Volgens hoofdonderzoeker Roland Kawakami zou dergelijke spintronics-elektronica duizenden malen sneller zijn dan hedendaagse computers.

Kawakami's onderzoeksgroep verbeterde het proces om de spin van elektronen naar grafeen over te brengen. Zij brachten een isolerende laag van een nanometer dik magnesiumoxide aan op het grafeen. De elektronen tunnelen door deze laag van de elektrode naar het grafeen. De isolatielaag stelde de onderzoekers in staat de elektronen met behoud van spin dertigmaal efficiënter in het grafeen te injecteren. Bovendien bleef de spin van de elektronen een factor vijf langer behouden tot ongeveer 500 picoseconde, maar de onderzoekers vermoeden een langere levensduur in de orde van microsecondes van de elektronenspin in grafeen.

Het grafeen vertoonde een magnetoresistief effect van 130 ohm bij kamertemperatuur, een waarde die in geen enkel ander materiaal wordt gehaald. Gecombineerd met de effectieve injectie van de elektronenspin en hun lange levensduur zou de spin van in grafeen geïnjecteerde elektrodes zich uitstekend lenen als niet-vluchtig geheugen of als schakelelement in processors. Als geheugen zou spintronics de capaciteit verveelvoudigen en minder werkspanning vergen. Die ontwikkeling zou echter nog zeker vijf jaar duren.

Spintronics in grafeen

Reacties (40)

:P De eerste toepassingen van grafeen zijn er al!! Terecht van die nobelprijs...
Ligt het dus niet aan mij dat ik nu constant overal grafeen bij nieuwe wetenschappelijke artikelen zie staan:P
Telkens als je denkt dat we tegen een grens aan lopen komen wetenschappers weer met iets nieuws, nou zal het nog even duren (if ever) voor dat dit op de consumenten markt terecht komt maar diep respect voor die mensen ;)
De grens is er voorlopig nog niet
Dat kun je niet zeggen. Bill Gates zei ook al dat "64k genoeg zou zijn voor iedereen" aan geheugen. Nu is Bill Gates niet iemand die het erg vaak bij het rechte eind heeft ("The Internet? No interest."), maar toch. Als je bijvoorbeeld kijkt naar hoe snel IPv4 eigenlijk al op is, gaat alles toch sneller dan je zou denken.
"I've said some stupid things and some wrong things, but not that. No one involved in computers would ever say that a certain amount of memory is enough for all time … I keep bumping into that silly quotation attributed to me that says 640K of memory is enough. There's never a citation; the quotation just floats like a rumor, repeated again and again."

* Gates (19 January 1996), "Career Opportunities in Computing—and More". Bloomberg Business News
ip4 is niet op volgens mij maar simpelweg gereserveerd bericht van gister over 2 miljard internetters bijvoorbeeld en er zijn meer dan 4 miljard ip adressen er zijn er simpelweg niet meer te vergeven aan nieuwe isp's omdat de huidige al een paar reeksen hebben opgekocht of hoe dat ook werkt vor de toekomst.
Een aantal adressen (192.168.x.y, 10.x.y.z) zijn gereserveerd voor privť (lokaal, achter een router) gebruik. Verder zijn er adressen gereserveerd voor multicast (uit mijn hoofd: 193-255.x.y.z). Tot slot zijn er door subnetting nog een aantal adressen die je niet kunt gebruiken omdat ze het adres van het subnet zijn (eindigend op nullen) en het broadcast adres (eindigend op enen).

Een andere oorzaak is fragmentatie; doordat alles in machten van twee gaat zul je om 600 computers aan te sluiten op zijn minst 1024 adressen in moeten kopen. In de tijd van een grote voorraad aan beschikbare adressen (en de tijd van "ach, ooit groeien we het toch wel vol") zou je waarschijnlijk 65.536 adressen aangevraagd (en gekregen) hebben. Doordat adressen worden gebruikt voor routering is het niet mogelijk om dit te "garbage collecten" en de niet-in-gebruik-zijnde adressen uit te geven aan anderen.
Offtopic: Ik stoor mij mateloos aan jouw big-bang zinstructuur... Leestekens, ze bestaan voor een reden..
Wow, dat is toch weer een flinke vooruitgang.
Bij dit soort ontwikkelingen moet ik altijd denken aan beveiligingsmaatregelen van banksystemen etc. Als deze techniek doorontwikkeld word, en er een supercomputer op de zwarte markt komt, kun je in enkele minuten een bepaalde encryptie bruteforcen.
Denk tevens ook aan alle duizenden andere toepassingen waarvoor supercomputers gebruikt kunnen worden. Blij dat ik dit allemaal nog ga meemaken, de techniek staat nog lang niet stil. Heb er nu al zin in. _/-\o_

[Reactie gewijzigd door KirovAir op 20 oktober 2010 10:21]

Heb er nu al zin in.
In dat brute forcen van encryptie? :P

Dit ziet er goed uit! Ik blijf me echter verbazen over hoe klein 'we' tegenwoordig kunnen gaan, en toch precies. "Zij brachten een isolerende laag van een nanometer dik ". _/-\o_
Zulke dunne lagen aanbrengen is voor sommige materialen al mogelijk. Dit proces heet atomic layer deposition. Hierbij is het mogelijk een laag van ťťn atoomlaag dik aan te brengen. Volgens wikipedia zijn daarmee lagen van 10 pm mogelijk, en wordt het door Intel gebruikt in de fabricage van 45 nm CMOS technologie.

Ik denk dat de fabricage van grafeen momenteel een grotere prestatie is. Volgens mij werken de gebruikelijke ALD technieken daarvoor niet.
Als deze techniek doorontwikkeld wordt (en er additiionele technologieŽn worden ontwikkeld om deze ontwikkeling bruikbaar te maken) dan kan je de meeste huidige encryptiealgoritmen brute-forcen. Niets geeft echter aan dat er voor die tijd geen sterkere varianten van bijvoorbeeld AES worden ontwikkeld (AES-2^16 of misschien zelfs AES-2^32 anyone?).
Toegegeven, als het alleen in supercomputers beschikbaar komt (zal in het begin wel, net zoals "traditionele" computertechnologie) zal er een asymmetrie ontstaan omdat een hoop encryptiealgoritmen die te veel cpu-power vereisen van de huis- tuin en keukencomputer wel te brute-forcen worden door zulke supercomputers (en dat beangstigt me eerlijk gezegd; we hebben geen verdergaande big-brotheractiviteiten nodig als je t mij vraagt).
Aan de andere kant bestaat zo'n asymmetrie al, zij het in minder sterke mate. Er bestaan nu immers ook al supercomputers.

@robvanwijk hieronder:
De spin van elektronen in grafeen zou op termijn kunnen worden ingezet als informatiedrager en zelfs als rekeneenheid in computers. Een verbeterde injectietechniek zou tot extreem snel en zuinig geheugen kunnen leiden.

[Reactie gewijzigd door Jeanpaul145 op 21 oktober 2010 00:06]

Ik denk ook dat vooral overheden en veiligheidsinstanties als eerste interesse hebben in een werkende product dat deze krachtige rekenmogelijkheden kan benutten. Nu hebben burgers nog wat te verbergen met encryptie. Tegen de tijd dat er dus zulke krachtige computers bestaan die dit allemaal brute-kracht kunnen ontcijferen, gaat er voor FBI/CIA-achtige instanties een wereld aan informatie open die tot nu toe nog (gelukkig?) geheim kan blijven.
mocht het zo ver komen wordt quantum encryptie waarschijnlijk een grote hit. zodra je merkt dat er iemand zit af te luisteren gooi je gewoon alles dicht of start een nieuwe sessie met een andere key of route, en user authenticatie valt niet te bruteforcen als je een user een permaban geeft zodra er 3x een foute authenticatiepoging binnen is en er miljoenen mogelijkheden zijn.

http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_cryptography
Ten eerste, het artikel gaat over snel geheugen. Aangezien brute forcing gebruik maakt van hele kleine datasets (die makkelijk in level 2 cache passen, waarschijnlijk zelfs in level 1 cache) heb je geen geheugen bottle neck, dus schiet je niks op met sneller geheugen.
Toegegeven, als het alleen in supercomputers beschikbaar komt (zal in het begin wel, net zoals "traditionele" computertechnologie) zal er een asymmetrie ontstaan omdat een hoop encryptiealgoritmen die te veel cpu-power vereisen van de huis- tuin en keukencomputer wel te brute-forcen worden door zulke supercomputers
Wat je nodig hebt is een encryptie die (in rekentijd) licht genoeg is om gewoon encrypten en decrypten op een normale computer practisch te houden, maar zwaar genoeg om een brute force attack (zelfs met een supercomputer) niet practisch haalbaar te laten zijn (en "sterk" genoeg dat er geen achterdeurtjes of andere trucen zijn om een brute force attack overbodig te maken).

Het voorbeeld van AES snap ik niet helemaal... Ten eerste zijn de "standaard" AESes 128, 192 en 256 bit; je kunt dus onmogelijk een AES-versie met een 16 of 32 bit sleutel bedoelen. Een AES met een 2^16 (65.536) of 2^32 (4,2 miljard) bit sleutel is echter net zo goed belachelijk; 100 bits aan "echte" sterkte geldt op dit moment al als "niet practisch haalbaar om te kraken". Vergeet niet dat je, om een brute-force aanval twee keer zo lang te laten duren, niet een twee keer zo lange sleutel nodig hebt; ťťn bit extra is al voldoende. Andere kanttekening: 2^32 bits = 512 MB ~= een CDtje aan sleutel...
Een ander probleem met je AES-voorbeeld is dat AES symmetrisch is. Juist symmetrische encryptie-algortihmen zijn doorgaans snel. Het wordt pas traag als je asymetrische algorithmen gebruikt (standaard-voorbeeld: RSA). De gebruikelijke oplossing is om, voor elk bericht een nieuwe, sleutel te genereren (zodat het kraken daarvan niet interessant is). Het bericht zelf kun je dan met een symmetrisch algorithme encrypten (dat is snel), waarna er een heel klein stukje data overblijft (zelfs belachelijk lange sleutels zijn relatief klein) wat je met een asymetrisch algorithme versleuteld (in theorie traag, maar omdat het zo klein is valt dat ook wel weer mee).
En denk je dat de bank er dan ook niet zo'n paar heeft staan dan? ^^
Wat een geniale mensen meten er toch zijn in de wereld dat je dit uit kan denken. Ik heb eigenlijk al enige moeite om het artikel te volgen :P
Misschien mis ik iets, maar enkele nanoseconden en non-volatile geheugen? Lijkt mij dat je met non-volatile iets wel langer wilt opslaan dan enkele nanoseconden. Kan ook in het gelinkte document niks over non-volatile geheugen terugvinden.
Misschien mis ik iets, maar enkele nanoseconden en non-volatile geheugen? Lijkt mij dat je met non-volatile iets wel langer wilt opslaan dan enkele nanoseconden. Kan ook in het gelinkte document niks over non-volatile geheugen terugvinden.
Normaal DRAM heeft ook een vasthoudtijd van ongeveer een paar nanoseconden, tot een tiental nanoseconden. Daarna moet de informatie in het geheugen (lading) worden 'ververst' om te voorkomen dat het permanent kwijt is.

Die paar ns is meer dan genoeg, als dit soort geheugen een retentietijd van 1 of 2 ns heeft, dan kom je straks in de (SDR) geheugenklokken van enkele GHz terecht.
Normaal DRAM heeft ook een vasthoudtijd van ongeveer een paar nanoseconden, tot een tiental nanoseconden. Daarna moet de informatie in het geheugen (lading) worden 'ververst' om te voorkomen dat het permanent kwijt is.
Niet helemaal juist. Je hebt bijvoorbeeld een hacktechniek die gebruikt maakt van de sporen die in je geheugen actief blijven. Je kan tot 2uur na het uitschakelen van een systeem, het geheugen uitlezen.
[...]


Niet helemaal juist. Je hebt bijvoorbeeld een hacktechniek die gebruikt maakt van de sporen die in je geheugen actief blijven. Je kan tot 2uur na het uitschakelen van een systeem, het geheugen uitlezen.
Als je het geheugen eerst bevriest, ja. Anders is 't vrij snel pleite.
Klopt perfect maar DRAM is daardoor dus ook niet non-volatile maar volatile geheugen omdat het weg is zodra je de stroom er van af haalt. Mij schoot inderdaad ook meteen dezelfde vraag als die van Kompaan te binnen, gebruik in niet vluchtig geheugen klinkt nou niet echt als een logische volgende stap.
Die paar ns is meer dan genoeg,
Om je geheugen steeds te refreshen, akkoord. Maar bi non-volatile denk ik toch echt aan iets waar ik de stroom af kan gooien (en zonder stroom kun je refreshen wel vergeten) zonder dat mijn data verloren gaat. Zeg maar het geheugen dat je gebruikt in (floppy, CD, HDD of SSD) schijven. Ik vermoed dat het artikel "vluchtig" bedoelt maar "niet-vluchtig" schrijft. Kijk ook maar naar de rest van de zin:
Gecombineerd met de effectieve injectie van de elektronenspin en hun lange levensduur zou de spin van in grafeen geÔnjecteerde elektrodes zich uitstekend lenen als niet-vluchtig geheugen of als schakelelement in processors.
Aangezien ik niets lees over berekenen neem ik aan dat die "schakelelement in processors" registers zijn. Een techniek die zowel voor registers als RAM geschikt is: ja, kan. Een techniek die voor registers en permanente opslag geschikt is: zeer vreemd, omdat de eisen totaal verschillend zijn.
en voor de minder wetenschappelijk aangelegde lezers onder ons? hoe ziet het plaatje er dan uit over pak em beet 15jaar of zo? 1TB op een speldeknop? Ik kan me er nog weinig van voorstellen.
Ik kan me een aantal jaren geleden een artikel herinneren over het het gebruik van licht als datadrager of een processor. Heeft het ook raakvlakken daarmee?
Ik vind dit artikel van een behoorlijk wetenschappelijk nivo. Maar dat is mijn mening.
Het staat daarom ook niet voor niets onder Core > Wetenschap :)

/ontopic
Ik snap ook niet precies het verhaal over die levensduur; 5 x zo lang opslaan, maar dat lijkt nog steeds heel klein. Wat kan je ermee als het nog steeds maar enkele microseconden is?
Informatie over elektronen
Van wat ik ervan begrijp zijn ze instaat om de spin van elektronen te controleren en daardoor informatie op te slaan / over te brengen d.m.v. deze elektronen.
Elektronen zijn zo'n beetje het kleinste van het kleinste in de materie. 1TB in een speldeknop zou dan waarschijnlijk wel mogelijk zijn ja.
quote: Door latislos
Wat kan je ermee als het nog steeds maar enkele microseconden is?
Het nog verder ontwikkelen :)
Elk ontwikkelproces gaat in stapjes, hoe klein dan ook is dit een geweldige ontwikkeling. De volgende stap zal de opslagtijd weer met een fctor X verhogen etc etc...
Elektronen zelf hebben een afmeting van 0. Echter, de afstand van de kern van een atoom tot de elektronen zijn naar verhouding behoorlijk groot. 1TB in een speldenknop lijkt me niet haalbaar, daar er ook nog een vorm van infrastructuur moet zijn en niet enkel een bolletje atomen. (lijkt me)

[Reactie gewijzigd door .zolder op 20 oktober 2010 12:09]

"lijkt me niet haalbaar"

Dat soort uitspraken zijn er al vaker geweest, en zijn ook al vaker fout geweest. Er zitten miljarden maal miljarden aantal atomen in een speldenkop. Als ze hiermee gegevens kunnen opslaan in elektronen waarvan er dus nog een keer een veelvoud het aantal atomen zijn, dan zie ik niet meteen in waarom het zo onmogelijk is? Niet met de huidige technologie, maar ik denk in de toekomst dat ze steeds minder atomen nodig hebben voor een bit
Het zijn er ongeveer 5 miljoen miljoen ;) en dat zijn potentieel genoeg atomen om met deze nieuwe techniek 1TB op te slaan. Het punt dat ik probeerde te maken is dat er veel ruimte nodig is voor infrastructuur en een zgn. framework. Data en stroomkanalen moeten een minimaal aantal atomen dik zijn om een beetje efficiŽnt te blijven (hierin is geen ruimte voor verbetering van techniek, daar het een fundamentele eigenschap betreft). Met enkel 1 atoom per bit heb je nog geen werkbaar geheugen.
[edit]Je insinueert dat mijn uitspraak fout is, omdat deze uitspraak in andere situaties ook fout is geweest. Dit is een drogredenatie[/edit]

[Reactie gewijzigd door .zolder op 20 oktober 2010 16:40]

Er worden geen gegevens opgeslagen in atomen die onderdeel uitmaken van een atoomschil maar door vrije elektronen met een geselecteerde eigenschap (spin) over een laag grafeen te spreiden.

Hoewel grafeen in theorie goed vouwbaar hebben ze nu al geen middel om de elektronposities- en eigenschappen in ťen laag uit te lezen en kunnen ze dat dus al helemaal niet in een 'oneindig' keer gevouwen grafeenlaag ter dikte van een speldenknop.
Extreem snel en zuinig geheugen is vast en zeker een geweldige vooruitgang, maar zal de bottleneck niet gewoon andere componenten op het mobo en de databus worden? L1 cache werkt nu ook al aan ongeveer de snelheid van de CPU zelf. Misschien dat we grotere L1s (even dure) gaan zien op basis van grafeen?
Pfff, zulk geheugen had ik zelf al in m'n Commodore 64 gebouwd destijds.
En die fungeerde daarmee als tijdreismachine?

ot: Ik ben wel verbaasd over wat er elke keer bedacht wordt. Geweldig hoe snel ontwikkelingen op dit gebied gaan. Maar soms beangstigd het me ook wel een beetje, juist omdat je niet weet waar het uiteindelijk een keer stopt. Wat 30 jaar geleden onmogelijk leek, is nu zo normaal als wat. Sterker nog, dingen waar 30 jaar geleden nog niet over nagedacht werd zij nu normaal....

[Reactie gewijzigd door Hoppa! op 20 oktober 2010 10:47]

Wat ontbreekt in het bericht is het zinnetje: "Next in the research, the Kawakami lab plans to demonstrate a working spin logic device."

Niet onbelangrijk, want ze hebben slechts een manier gevonden om de elektronen-met-spin te injecteren op de grafeenlaag (zonder dat ze samenklitten of weer wegrennen). Maar zolang ze geen manier hebben om die spin of elektronposities te beinvloeden of uit te lezen valt er weinig te kompjoeteren.
Het is toch keer op keer zo hoopvol om over de nieuwste research stappen te lezen. Waar je vroeger droomde van een TB is dit nu heel gewoon. De quantummeachnica en computers was iets dat in Startrek samen ging. Maar nu met het kleiner worden van de deeltjes gebruiken ze de quantum tunneling eigenschappen. En over een jaar of 5 a 8? heb je dit thuis op een reepje ergens in je pc. Ik ben niet onder de indruk van het verschil tussen een 5770 en een 5870 kaartje. Maar dit.. wow.. _/-\o_ Ik ben gewoon een science junky

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iPhone 6Samsung Galaxy Note 4Apple iPad Air 2FIFA 15Motorola Nexus 6Call of Duty: Advanced WarfareApple WatchWorld of Warcraft: Warlords of Draenor, PC (Windows)Microsoft Xbox One 500GBWebsites en communities

© 1998 - 2014 Tweakers.net B.V. Tweakers is onderdeel van De Persgroep en partner van Computable, Autotrack en Carsom.nl Hosting door True