'Spintronics' maakt overstap naar silicium

Wetenschappers zijn erin geslaagd om spintronics toe te passen in het in de chipindustrie veel gebruikte silicium. Met deze doorbraak zijn energiezuinige kwantummechanische chips weer een stap dichterbij gekomen.

Professors Ian Appelbaum en Biqin Huang van de universiteit van Delaware in Newark en Douwe Monsma van Cambridge NanoTech in Massachusetts hebben naar eigen zeggen de heilige graal van de spintronicstechnologie gevonden. Bij spintronicsapparatuur wordt informatie opgeslagen met behulp van een kwantummechanische eigenschap van elektronen, die 'spin' genoemd wordt. Op deze manier kan veel meer data op dezelfde hoeveelheid materiaal worden opgeslagen dan bij de conventionele technologie waarbij gebruik wordt gemaakt van de lading van deeltjes. De spin van de elektronen kan met permanente ijzermagneten worden bestuurd. Tot nu toe was het echter niet mogelijk op deze manier de spin van de elektronen in silicium te veranderen, omdat silicium de spin van de elektronen veranderde door in combinatie met de permanente magneet silicides te vormen.

Het team van wetenschappers heeft elektronen uit aluminium in een micrometer dikke pure siliciumlaag geïnjecteerd, dwars door een permanente ijzermagneet van vijf nanometer dik heen. Er zijn twee spinvormen, en in aluminium komen van nature deeltjes met de positieve en de negatieve variant even vaak voor. De magneet heeft juist een filterende werking en laat afhankelijk van zijn oriëntatie slechts elektronen met een van beide soorten spin door. Dit heeft tot gevolg dat de onderliggende siliciumlaag ongeveer een procent meer elektronen met de door de magneet doorgelaten spinsoort bevat. Bovendien hebben de wetenschappers aangetoond dat de spin van de elektronen in silicium met een magneetveld kon worden aangepast. Hoewel hiermee de spin van elektronen nog maar heel grof kan worden gemanipuleerd, denken de wetenschappers dat ze de belangrijkste hindernis in het ontwikkelen van een kwantummechanische processor hiermee overwonnen hebben.

In traditionele elektronica wordt vaak gebruikgemaakt van de stroom van elektronen die voortgedreven worden door elektrische velden. Dit levert warmteontwikkeling op, wat met het kwantummechanische spintronics nauwelijks gebeurt omdat de elektronen vrij kunnen bewegen. Dit zou betekenen dat de warmteontwikkeling en het verbruikte vermogen flink omlaag kunnen. Hoewel het spin-effect in silicium momenteel nog nauwelijks meetbaar is, is de chipindustrie zo op dit materiaal georiënteerd dat de wetenschappers zich verplicht voelden een op silicium gebaseerd spintronicsapparaat te ontwikkelen. Het manipuleren van de spin in silicium is uitgevoerd bij een temperatuur van 85 kelvin. Ondanks die lage temperatuur ziet Appelbaum grote verbeteringen in de nabije toekomst. De volgende drempel wordt het produceren van een continue stroom van een type spin. De wetenschappers zullen zich op korte termijn nog niet richten op het integreren van technieken tot werkende kwantummechanische chips.

Reacties (21)

[Verwijderd]

ehm, niemand verwacht ook een Kwantumpc voor 2020.

[ferdinand]

ehm, niemand verwacht ook een Kwantumpc voor 2020.

Tuurlijk kan Kwantum een keer pcs gaan verkopen naast bedden bureau's en lampen.

[_Thanatos_]

Nee, maar wel met een jaar of 2. Ze verkopen naast brakke meubels ook al TV's en andere meuk, dus PC's zitten er ook wel aan te komen

[Verwijderd]

Ik voel me zo dom nu, na het lezen van dit artikel

[Verwijderd]

Begon erg hoopgevend, tot aan het einde met:

Het manipuleren van de spin in silicium is uitgevoerd bij een temperatuur van 85 Kelvin.

en

De wetenschappers zullen zich op korte termijn nog niet richten op het integreren van technieken tot werkende kwantummechanische chips.

Dat kan dus met gemak 5-10 duren, en wie weet wat voor andere doorbraken dan zijn gemaakt die dit misschien allemaal overbodig maken. Toch komt het vaak voor dat ze bij dit soort onderzoeken toevallig op iets anders stuiten wat wel direct bruikbaar is.

[fevenhuis]

-273 Kelvin (zoals bij D-Wave) of -85 Kelvin maakt nogal een verschil in de benodigde koelinstallaties denk ik zo.

[graey]

-273 kelvin? dacht dat 0 kelvin al het absolute nulpunt was

[da_grum]

als jij met je koelinstallatie onder de 0 Kelvin raakt, mag dat ook wel eens op de T.net frontpage komen

wetenschap gaat toch snel de dag van vandaag

edit: NET te laat

[Cool_Mod_E]

Het manipuleren van de spin in silicium is uitgevoerd bij een temperatuur van 85 Kelvin.

Naah, laat ze dan nog maar even verder ontwikkelen!
Ik heb geen zin in een PC die eerst 20 minuten moet "voorkoelen" voordat je hem kan opstarten.

Geeft een beetje het idee van de oude dieselmotoren...

[TlighT]

Het domein van quantum computers zal liggen bij grote (wetenschappelijke) organisaties en niet bij thuisgebruik. Het aantal en soort toepassingen is gewoon niet interessant voor thuisgebruik.

Dus om die directeur van DEC te quoten: Er is geen reden waarom iemand een quantum computer in zijn huis zou willen hebben.

[blobber]

Echt weer zo'n uitspraak van zo'n directeurtje: We know what good is for you" (and 10x64k is all that you'll ever need) Als zulke technieken uiteindelijk bij kamertemperaturen mogelijk worden, komt het vanzelf op de consumentenmarkt terecht.De meeste mensen hebben ook geen dualcore of quadcore nodig, je zal ze de kost geven die er alleen maar mee internetten en af en toe een documentje mee maken

[onox]

"I think there is a world market for about five computers"

[jvo]

Gewoon permanent koelen. Gebeurt met een MRI ook. (Volgens mij kost het trouwens minstens een volle dag voordat een MRI weer bruikbaar is nadat hij uitgezet is.)

[arjankoole]

Gewoon permanent koelen. Gebeurt met een MRI ook. (Volgens mij kost het trouwens minstens een volle dag voordat een MRI weer bruikbaar is nadat hij uitgezet is.)

Nee hoor, ik heb ze op discovery een keer een mobiele MRI zien gebruiken, en die heeft een veel kortere tijd nodig om goed te gaan draaien. (alleen viel toen de koeling wel een keer uit, wat bijna een drama werd - maar binnen een korte tijd hadden ze alles weer functioneel).

[Verwijderd]

Ze kunnen met elektromachnetisme 1% invloed uitoefenen op de spinsoort? Dit klinkt als een beetje spelen met elektromagnetisme, ik kan me nauwelijks voorstellen dat dit een heilige graal is van wat dan ook.

[Grrrrrene]

Als je op die manier een onderscheid kunt aanbrengen tussen de hoge en de lage spinstaat, dan is dat toch genoeg voor een binair systeem? En dit is natuurlijk nog maar het begin, in andere materialen zijn veel grotere verschillen mogelijk, maarja: hoe krijg je Intel en AMD van silicium af?

[won]

Iemand anders die hier helemaal niks van snapt? Ik begrijp dat ze van 1 en 0 naar 4 waardes willen maar dat je dan elektronen wilt laten spinnen? Bedoelen ze daarmee rond laten draaien ? wtf

[[J.d.I.] DirtyHarry]

Ze willen niet naar 4 waarden toe in dit verhaal. Hier willen ze gebruikmaken van een quantummechanische eigenschap van een deeltje om straks een logische schakeling te kunnen maken. Dit heeft een aantal grote voordelen tov de huidige manier waarmee logische schakelingen wordt gemaakt.

[Keneo]

electronen draaien vanzelf al rond
ze hebben dus al een spin

zie het gewoon als een eigenschap van electronen,
net zoiets als metaal dat magnetisch kan zijn.

die spin heeft gewoon enkele leukere eigenschappen dan magnetisme voor het voorstellen van waarden.
als men deze kan controleren (uitlezen, instellen, filteren op basis van de spin) kan men dus leukere dingen doen

[elect-ron]

Ik snap het wel hoor; die spin zit in die appelboom, en eet bevroren chips :-)