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. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 16 reacties

Onderzoekers zijn bij toeval op een methode gestuit om de spin van elektronen in halfgeleiders te manipuleren. Met dunne laagjes magnesiumoxide kunnen de elektronen gesorteerd worden.

Een elektron heeft, naast zijn massa en negatieve lading, een eigenschap die spin of intrinsieke draairichting wordt genoemd. Een normale verzameling elektronen bevat evenveel up- als down-spin elektronen, wat er voor zorgt dat de stroomrichting in een elektronisch circuit niet door de spin wordt bepaald. Bij spintronics wordt deze spin-eigenschap van elektronen echter gemanipuleerd, waardoor de spin onder meer gebruikt kan worden om de stroomrichting van een elektrische puls te beÔnvloeden en logische bewerkingen met behulp van de spin van elektronen uit te voeren. De techniek wordt onder meer in harde schijven toegepast, voor zowel de opslag van gegevens als in de lees- en schrijfkoppen.

Een veelgebruikte testopstelling voor onderzoek naar spintronics bestaat uit een halfgeleiderlaag en een ferromagneet, waartussen een dunne isolator-laag wordt aangebracht. Ook de onderzoekers van de Californische Riverside-universiteit gebruiken een halfgeleider en ferromagneet die worden gescheiden door een laagje magnesiumoxide van slechts enkele atomen dik. Het MgO-laagje heeft een aantal interessante eigenschappen waar de onderzoekers gebruik van maken: wanneer de laag MgO minder dan twee atoomlagen dik is, worden alle elektronen met een up-spin door het materiaal gereflecteerd, terwijl down-spin elektronen door de laag heen kunnen bewegen. Het resultaat is een halfgeleider met alleen spin-up elektronen. Wanneer de MgO-laag meer dan zes atomen dik is, worden zowel de up- als down-spin elektronen gereflecteerd.

Juist in het gebied tussen beide diktes traden opmerkelijke effecten op: wanneer het laagje tussen halfgeleider en ferromagneet dunner dan zes atomen, maar dikker dan twee atomen is, worden juist spin-up elektronen doorgelaten en bleven de spin-down elektronen in de halfgeleider achter. Het selectief aanbrengen van up- of down-spin elektronen in een halfgeleider, zou de richting waarin de stroom door de halfgeleider loopt, kunnen beÔnvloeden. Het onderzoeksteam zal gaan proberen de ontdekking van 'spin reversal', zoals zij het noemen, in spintronics toe te passen. Dat zou moeten leiden tot vorderingen bij de ontwikkeling van magnetisch geheugen, of mram, en, uiteraard, snellere computers.

Spintronics opstelling

Lees meer over

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (16)

Het selectief aanbrengen van up- of down-spin elektronen in een halfgeleider, zou de richting waarin de stroom door de halfgeleider loopt, kunnen beÔnvloeden.
Wordt hier dan gebruik gemaakt van geÔnduceerde velden of begrijp ik dit verkeerd?

edit: Wel merkwaardig dat ze dit kunnen met MgO, ik denk niet dat deze magnetische eigenschappen heeft, laat staan ze induceren. Mooi :)

[Reactie gewijzigd door ev1ltje op 27 juni 2008 10:04]

Er staat toch nergens in het artikel dat MgO magnetische eigenschappen gaat induceren. De ferromagneet trekt de electronen aan vanuit de halfgeleider. Afhankelijk van de dikte van de MgO laag, dat fungeert als een soort van filter, worden electronen met spin-up (dikte tussen 2 en 6 atoomlagen) of spin-down (dikte kleiner dan 2 atoomlagen) doorgelaten, of helemaal geen electronen doorgelaten omdat ze allemaal gereflecteerd worden (dikker dan 6 atoomlagen). Of om het met de woorden van het originele artikel te zeggen:
The researchers found that by simply altering the thickness of the MgO interface they were able to control which kinds of electrons, identified by spin, traveled from the semiconductor, through the interface, to the ferromagnet.
Maar MgO heeft dus geen magnetische eigenschappen, en induceert er eigenlijk ook geen, maar is op 1 of andere manier gewoon in staat om te filteren.
Wordt hier dan gebruik gemaakt van geÔnduceerde velden of begrijp ik dit verkeerd?
Normaalgezien is er in een halfgeleider (of in een heel electrisch circuit) geen echte orientatie wat betreft spin, en dus wordt de electronenstroom hier niet door beinvloedt. Wanneer ze echter een duidelijke orientatie gaan hebben (vb door het toepassen van de filter, beschreven in hun experiment) kan je daar blijkbaar de electronenstroom mee beinvloeden, en dus ook het informatietransport. Dit staat nog een stuk duidelijk in het originele artikel, dus smijt ik er gauw nog een copy-paste tegenaan:
"Electron spins are oriented at random in an ordinary electric circuit, and, therefore, do not affect current flow," explained Yan Li, the first author of the research paper, who made the discovery. "But if spin is polarized, that is, aligned in one direction, you can manipulate the flow of current and the transport of information -- a feature that would be of great interest to the semiconductor industry. What is amazing is that only a couple of atomic layers of MgO can completely reverse the spin selection of the interface. This is unexpected because MgO is not a magnetic material."

[Reactie gewijzigd door PissedCapslock op 27 juni 2008 10:52]

MgO is niet magnetisch. het werkt als een isolator. het Mg atoom is kleiner dan 1 nm en het O molecuul is iets groter dan 1 nm. samen is het dus net 2 nm dat is meer dan 22 keer kleiner dan de techniek die nu word gebruik voor cpu's en 2 keer kleiner dan de memristor techniek.

volgens de wet van moore gaan we via de 45nm naar de 22 nm techniek naar de 11nm de 5nm techniek. daarmee kan de memristor gemaakt worden en nog 2 jaar later kan deze techniek gerealiseerd worden. de 45nm is in 2008 pas echt gebruikt in 2010 word het de 22nm techniek en pas 6 jaar later kan dit dus gerealiseerd worden. dus pas in 2016 is dit mogelijk.

maar ik denk dat de combinatie van deze techniek in combinatie met de memristor techniek kan dit veel data op 1 plankje en veel snelheid betekenen. ik kijk erg voor uit naar de toekomst met dit soort ondekkingen
Het is een beetje vaag voor mij, maar ik denk niet dat de MgO veel te maken heeft met het magnetisch veld. Waarschijnlijk werd hier een of ander experiment gedaan naar het gedrag van MgO bij elektronen met verschillende spins. Zoals ik het zie, en dit kan dus compleet fout zijn, is die ferromagneet er om de elektronen aan te trekken, terwijl er gekeken wordt wat het gedrag van MgO doet.
op atomair niveau is ieder materiaal magnetisch.

Zie het gewoon als een platte zeef die enkel bepaalde vormpjes doorlaat.
Schuif er 2 vormpjes zandkorrels overheen en alleen de juist vorm valt door de zeef.

Dus uit ťťn stroom electronen, kun je 2 waardes halen! (upspin en downspin)
Wanneer de laag MgO minder dan twee atoomlagen dik is
Dat is dus 1 atoom dik.

Het klinkt eigenlijk bijna te simpel om waar te zijn. Als het aanbrengen van die verschillende diktes niet al te veel problemen oplevert, zou je zeggen dat het niet al te lang hoeft te duren.
Ik vrees dat 'minder dan 2 atoomlagen dik' iets totaal anders is dan 1 atoomlaag dik. Vergeet niet dat je op het niveau van atomen aan het spreken bent, en dat zo een dunne laag aanbrengen niet echt vanzelfsprekend is.

Ik weet niet met welk proces deze laag is aangebracht (staat nergens in het artikel) maar geen enkel proces is perfect. Een laagje van minder 2 atoomlagen dik zal dus meer iets zijn in de trend van 'we proberen 1 atoomlaag erop te zetten, maar als er op sommige plaatsen 2 atoomlagen liggen is het geen ramp. Zolang de gemiddelde dikte maar onder de 2 atoomlagen valt'.

Maar dat is dus een totaal andere betekenis als '1 atoom dik', of zoals in 1 van de reacties hieronder ook iets anders dan minder dan '3 atoomlagen dik'.
ik denk eerder dat je die moet zien als <=2
verder staat er ook in het atrikel als de dikte > 2 en de dikte < 6
dus 3,4 of 5 lagen dik.
uit de wikipedia het volgende
in order to make a spintronic device, the primary requirement is to have a system that can generate a current of spin polarized electrons, and a system that is sensitive to the spin polarization of the electrons. Most devices also have a unit in between that changes the current of electrons depending on the spin states.
imho: Het lijkt erop dat deze onderzoeksgroep een gestage stroom van spin polarised electrons kan creŽren, waarvoor hier het filter beschreven wordt.
En beschrijft dat lineaire variatie van de -'niet-exotische'- grenslaag exponentiŽle resultaten geeft.
Het zou mooi zijn als dit de ontwikkeling van MRAM zou versnellen.

MRAM kan pas in 2015 echt goed uitontwikkeld zijn en als dit versneld kan worden naar 2013 of eerder is dat alleen maar beter.
Ik denk dat het eerder zijn toepassing zal vinden in harddisk koppen als ik het artikel zo bekijk. Over een paar jaar 5 terabyte op een 2.5" drive? :)
@elmertje: Volgens mij had er idd "Wanneer de laag MgO minder dan drie atoomlagen dik is" moeten staan.

Het klinkt allemaal een beetje te makkelijk om waar te zijn. Elektronen op spin sorteren door een paar atoomlagen aan te brengen. Nog een paar van dit soort ontdekkingen en Moore's Law kan weer een paar jaar extra in stand worden gehouden ;)
Mooie ontwikkeling, die wellicht makkelijk zal te introduceren zijn in de huidige elektronica markt. Ik vraag me wel af in hoeverre dit de snelheid van computers zal beinvloeden.
Gekke wereld leven we in, tegenwoordig worden alle nieuwe innovaties direct in verband gebracht met snellere computers, in plaats van met brutere bommen.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True