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 , , 45 reacties

Onderzoekers van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd spintronics in silicium toe te passen bij een relatief hoge temperatuur. De commerciële exploitatie van de technologie zou daarmee een stuk dichterbij zijn gekomen.

Spintronics staat voor het vastleggen van de binaire 1 en 0 door de spinrichting van een enkel elektron te manipuleren en uit te lezen. Bij normale elektronica is er een hele transistor nodig voor het vastleggen van een bit. Het gebruik van spintronics kan elektronica in potentie dan ook enorm verkleinen en energiezuiniger maken. De onderzoekers van Twentse universiteit publiceren in het wetenschappelijke tijdschrift Nature hoe zij erin slaagden spintronics in silicium toe te passen bij een relatief hoge temperatuur. Dat is een doorbraak, want tot dusver was het alleen gelukt de spin van elektronen te meten wanneer het silicium extreem gekoeld was.

Voor een praktische toepasbaarheid dient het silicium meer gangbare temperaturen te hebben, en de Twentenaren zijn erin geslaagd de werktemperatuur van silicium zo'n 150 graden te verhogen in vergelijking met spintronics-experimenten van collega's. Daarmee zijn zij de eersten die spintronics bij kamertemperatuur in silicium hebben toegepast. In een volgende stap willen de wetenschappers daadwerkelijk elektronische circuits met behulp van spintronics bouwen.

Lees meer over

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (45)

Meer infomatie over het hoe is te lezen op de site van UT zelf.
De wet van Moore gaat nog vallen als dit zo blijft doorgaan.
Quantum computers, spintronics etc etc, interessante ontwikkelingen die de mensheid in een versnelling kan omzetten die ervoor zal zorgen dat we tegen 2100 zo ver staan als science fiction laat zien.

[Reactie gewijzigd door Graviton12 op 27 november 2009 08:44]

Beem me up scotty xD

Ik snap eigenlijk maar weinig van het verhaal, komt misschien omdat ik me daar niet/nauwelijks mee bezig houdt.
Wat doet je processor in je computer? 101010100101010101. En waaruit bestaat een processor? uit transistors = ouderwets. Spintronics wordt de toekomst en sneller. Dat is wat ik eruit opmaak :)
Spintronics staat voor het vastleggen van de binaire 1 en 0 door de spinrichting van een enkel elektron te manipuleren en uit te lezen. Bij normale elektronica is er een hele transistor nodig voor het vastleggen van een bit.
zoals hierboven ietwat uitgebreider uitgelegd wordt ;)

[Reactie gewijzigd door Waterkoker op 27 november 2009 08:56]

Dus we moeten de transistors vergeten en vanaf nu worden spintronics. Ik vind het nogal ver gezocht: een spintronic is een electron die met behulp van electronica van richting kan worden verandert en ook weer kan worden uitgelezen. Wat is dan precies die electronica... twee stroomdraadjes. Voor geheugen kan ik me er nog wat bij voorstellen, maar om nu net te doen dat we in de toekomst complete CPUs met slechts spintronics kunnen bouwen ???

Met een condensator kan ook geheugen gebouwd worden (zover ik weet is het meeste ram op dit principe gebaseerd) maar schakelende condensatoren daar ben ik niet bekend mee

[Reactie gewijzigd door DikkeDouwe op 27 november 2009 09:25]

Bijna, elektronenspin is een eigenschap van een atoom, spintronics is het gebruik van elektronenspin in apparaten. 'Spintronic' an sich heeft geen betekenis, vergelijkbaar met robotics en robotic. Het eerste woord is het onderzoek naar robots, het tweede woord bestaat ook niet.

En in de basis is een transistor niets meer dan een kanaal wat open of dicht staat en daarmee worden dus enen en nullen opgeslagen en verwerkt. Spintronics is gewoon een andere manier om diezelfde nullen en enen te kunnen verwerken.

Een computerchip bestaat alleen maar uit transistors, die op hun beurt weer grotere structuren vormen, zoals de registers, de ALU, de L1 en L2 caches en vele andere zaken.

Het verschil tussen geheugen en een CPU is in de basis ook niet zo groot, het zijn dezelfde transistors op hetzelfde plakje silicium. En ook hier vormen die transistors weer grotere structuren. Je kunt CPU's als geheugen beschrijven (ontwerpen) met dezelfde computertalen die ervoor bedoeld zijn, zoals Verilog en VHDL.

[Reactie gewijzigd door Jaap-Jan op 27 november 2009 12:10]

Bijna, je kan wel geheugen maken uit transistoren, maar geen transistoren uit geheugen. Een transistor is zoals je zegt een kanaal dat open of dicht staat. Door dit in een loop te steken wordt het zelfbevestigend en kun je het uitlezen (= geheugen).

Je kunt met transistors nu circuits maken doordat je met 1 signaal het kanaal kunt open of dicht zetten waardoor een ander signaal loopt. Electronenspin kan dit niet. De toestand van 1 cel zal op zich niets veranderen aan het al dan niet passeren van een ander signaal.

De electronenspin is eerder vergelijkbaar met de magnetische toestand van een harde schijf. Dient uitstekend als geheugen, maar ga je niet snel circuits van maken.

(Moest iemand nu geleidingseigenschappen van materialen kunnen beïnvloeden adhv electronenspin dan wordt het natuurlijk een andere zaak.)
Er staat niet dat het sneller is. Wel kleiner en zuiniger ;)
Wel degelijk sneller dan transistors, wat ook logisch is, je praat niet meer over iets wat de mens maakt met al zijn beperkingen maar over deeltjes zelf
http://www.google.be/url?...g2=2JbP0c2dl_IlRivsXzPWBQ
Ze maken wel gebruik van iets wat niet door de mens bedacht is, namelijk de mate waarin de elektronen spinnen, maar om dat toe te passen wel daadwerkelijk zelf wat maken, namelijk iets om dat te meten en iets om die spin te veranderen.
Ik weet zelf totaal niet hoe dat mogelijk is, maar om dit van een elektron te meten en aan te kunnen passen, moet dat kleiner zijn dan de huidige transistors. Want anders zullen de voordelen minder op wegen tegen de nadelen, omdat tegen de tijd dat deze techniek op de markt toegepast gaat worden zijn de transistors in elektronica al weer wat nanometers verkleind.
Is de werking van zon 'spin' transistor niet anders? In spintronics bevat een enkel elektron een bit terwijl daar in normale elektronica een complete stroom van elektronen voor gebruikt word. In elektronica word de bit bepaald door een bepaalde hoogte van spanning op een moment. De spanning word gestuurd door de transistor open en dicht te gooien, in spintronics lijkt een transistor me meer een soort router element dat een stroom van bits schakelt. De schakelsnelheid van de transistor is dan niet de beperking op de hoeveelheid bits die door doorgestuurd worden.
dat gaat alleen op als je maar 1 elektron kunt sturen/lezen per uitlees/manipuleer eenheid. als je echter een atoom of ion pakt met 80 elektronen, kun je dus 10 byte's opslaan per uitlees/manipuleer eenheid. terwijl een transistor dan 80 keer zo weinig opslaat. dus hoefft het niet per se kleiner te zijn.
(om nog maar niet te spreken als 1 zo'n eenheid 1000en elektronen tegelijk aan kan spreken :+ )
Maar de 80 elektronen bij bijvoorbeeld een ion bewegen, dus je kan niet zeggen waar welk elektron zich bevind, dus op die manier is het denk ik al helemaal lastig te meten en te manipuleren. Zeker als je uit kwantummechanisch bekijkt, want eigenlijk kan je alleen de waarschijnlijkheid van de plaats van een elektron bepalen. Ik verwacht eerder dat ze alle of all elektronen ( of die zich in de buitenste schil bevinden) van een atoom, in dit geval dus Silicium. Omdat het anders naar mijn idee niet mogelijk is.
Het staat er toch gewoon bij in het deel over MRAM dat het even snel/trager gaat maar dat je vooral wint op grootte en verbruik.
Als iets kleiner is, dan staat ze dichter op elkaar, dus duurt het minder lang voordat het signaal er is, dus is het sneller ;)
Komt er op neer dat transistors, die ja/nee dingen (0/1) vervangen worden, voor nog kleinere dingen, (spintronics) en zodoende een cpu, microchip, whatever wat transistors gebruikt, nog kleiner word , correct me if i am wrong :)

ow transistors zijn kleine dingetjes die een 1 of een 0 (niks) vasthouden, als je daar heel veel van hebt kun je dus een hele hoop binaire getallen reeksen opslaan (en/of verwerken), die binaire getallen kun je weer vertalen naar opdrachten , en zodoende komt je pc tot leven.

[Reactie gewijzigd door Mister_X op 27 november 2009 08:55]

Dat "vervangen worden" is nog wat vooruit lopen op de zaken, wat er nu gelukt is om spintronics voor het eerst te controleren op kamertemperatuur ipv. dichtbij het nulpunt.

Het mag duidelijk zijn dat het binnen afzienbare tijd niet mogelijk zal zijn om thuis je electronica te koelen tot extreem lage temperaturen als dichtbij het nulpunt zoals de eerder geslaagde experimenten, men moet dit dus op kamertemperatuur kunnen en dat lijkt nu dus te zijn gelukt in het lab.

We hebben het hier niet over een simpele schaalverkleining maar over een dramatische verkleining van electronica. Maar voorlopig zijn we ook nog wel wat jaartjes weg van echt op spintronics gebaseerde electronica.
Wat op zich nog niet erg is natuurlijk dat we er nog wat jaartjes van af zitten. We hoeven ons nu minder zorgen te maken "hoe" we de elektronica gaan verkleinen want het antwoord is in theorie dus al gevonden.

We kunnen de komende jaren echter nog makkelijk de transistoren verkleinen tot een stuk onder de 32nm en tegen de tijd dat het echt pittig gaat worden om deze nog kleiner te fabriceren zou de techniek met spintronics toch wel een heel eind commercieel toepasbaar zijn.

Nu word de vraag alleen, hoe gaan we het daarna verkleinen. :Y)
Je zit al haast tegen de kwanta aan. Zoals gezegd, had je slechts één elektron nodig om een bit te bepalen. Je zou nog misschien twee bits kunnen bewaren in één elektron door het deeltje positief of negatief te laden (positron of elektron) maar ik heb geen idee of dat mogelijk is.

Ik denk dat als dit betrouwbaar zal zijn. Dat we er wel een tijdje mee door kunnen.
Denk maar aan bits in de orde van 10^27 (avogadro)
Je zou nog misschien twee bits kunnen bewaren in één elektron door het deeltje positief of negatief te laden (positron of elektron) maar ik heb geen idee of dat mogelijk is.
Met het "deeltje" bedoel je een stukje silicium? Positronen komen niet van nature voor en kun je niet zomaar even genereren in een halfgeleider. Ookal kon dat wel, dan is een positron binnen de kortste keren geannihileerd (vernietigd) doordat het samengaat met een elektron en een foton vormt.
Je kunt wel een relatief gebrek aan elektronen maken, door silicium te "verontreinigen" met een stof die minder vrij elektronen heeft dan silicium zelf, wat zich vertaalt in "gaten" (vrije plekken voor elektronen) die als positieve ladingsdragers gezien kunnen worden. (Een gat heeft echter geen spin. :) )
Very funny, Scotty.. Now beam up my clothes. :)
Beter gezegd: zonder dit soort ontwikkelingen zou de wet van Moore niet in stand gehouden kunnen worden. Elke nieuwe techniek loopt uiteindelijk tegen zijn grenzen op en de enige manier om de exponentiele kromme voort te zetten is door nieuwe technieken te ontwikkelen. Men roept voortdurend dat de wet van Moore aan zijn einde is, omdat de huidige techniek niet meer verder kan worden gepusht. Met de uitvindingen van--om maar eens wat te noemen--SOI lithografie voor IC's of perpendicular recording voor harde schijven hebben telkens weer een "uitstel van executie." Wiskundig gezien zou het echt een keer afgelopen moeten zijn met de razendsnelle verdubbelingen van rekenkracht, uiteindelijk zal meneer Planck meneer Moore een hak zetten. :)

Of we krijgen de singularity, als ik Kurtzweil moet geloven. ;)
Toch gaat de wet van Moore niet zo mooi op als men denkt, het was er vooral op gebaseerd dat de vernieuwing geleidelijk zou verlopen volgens een vast traject. Inmiddels heeft men deze die "wet van de schaalverdubbeling" al menig maal bijgesteld en gaat het zeker niet op voor alle ontwikkelingen op computergebied.

Een overgang naar spintronics zal waarschijnlijk een veel grotere stap voorwaarts zijn.

Ook is het meer de 'richtlijn van Moore' geworden, gewoon iets wat men in de computer-technologie aanhoud als een redelijk tempo van ontwikkeling.

[Reactie gewijzigd door fevenhuis op 27 november 2009 10:18]

Hoe worden de spins in hun toestand gehouden? Wordt hervoor een magnetisch veld gebruikt? Dat lijkt me een nogal belangrijke beperking, omdat je dan voor iedere bit een apart veld moet aanleggen. En als ze geen veld aanleggen, hoe snel relaxeert het spin ensemble dan naar thermisch evenwicht (maw hoe lang kun je de informatie opslaan)?

\
ik heb nog even de TU-link nagelezen van gkvdvaart hieronder en de onderzoekers zelf hebben het vooral over de zuinigheid van hun methode:
omdat bewerkingen zoals het laten omklappen van de elektronspins, veel minder energie kosten dan het gebruikelijke ladingtransport.
Vervolgens zeggen ze echter:
De informatie wordt overgebracht door een stroom via dit laagje de halfgeleider in te sturen, zodat daarin op een gecontroleerde manier magnetisme onstaat.
Lijkt me sterk dat de lading die je hierbij verplaatst veel kleiner is dan gebruikelijk in de huidige methode...

[Reactie gewijzigd door mars op 27 november 2009 12:42]

zo ver als ik weet is de snelheid van de spin een vaststaand feit en is het alleen een kwestie van de richting manipuleren.
wat dan echt van belang is hoe snel kan deze gemanipuleerd worden en hoe snel kan deze uitgelezen worden.

en natuurlijk wat heb je nodig om dit te bewerkstelligen
als je dit moet doen met conventionele apparatuur denk ik dat hier dus ook weer geld dat de zwakste schakel de snelheid bepaald tevens kan ook wel zo zijn dat de apparatuur dermate gecompliceerd en groot is dat om een kleine toepassing te vinden voor deze techniek dat het wel extreem lang kan gaan duren voor het rendabel blijkt
De snelheid van de spin is een beetje een raar woord in deze context.

Een elektron heeft bijvoorbeeld spin 1/2. Je moet spin niet zien als een draaiende tol, hoewel er wel een soort analogon is met impulsmoment. Voor quantummechanische spin is er gewoon geen 1:1 analogon in de "grote mensen wereld". Het deeltje heeft gewoon spin, klaar, niet te veel bij voorstellen.

Het is zelfs nog gekker. Stel je kiest een z-as door een elektron. Je kunt niet zeggen dat het elektron spin up of spin down heeft, want hij heeft een beetje van beide! Stel X staat voor toestand spin down en Y staat voor toestand spin up, dan is het elektron in een spintoestand van aX+bY, waarbij a^2+b^2=1. Als ik nu ga meten wat de spin van het elektron is, kan er zowel down(X) als up(Y) uitkomen, maar de kans op up of down is evenredig met a of b.

Conclusie: Het elektron neemt pas een bepaalde spin aan op het moment dat je meet wat de spin is!

Ik weet dat het heel vaag is, maar het is gewoon quantummechanica.

Als je dit soort dingen interessant vindt, lees Griffiths introduction to quantum mechanics of zoek eens op entangled states of het EPR(Einstein-Podolsky-Rosen) argument.
Lijkt me sterk dat de lading die je hierbij verplaatst veel kleiner is dan gebruikelijk in de huidige methode...
Hoezo? In dit geval slechts de spin van een enkel elektron veranderd te worden; dat zou heel wat minder stroom kunnen vragen als het schakelen van een transistor.
Goede ontwikkeling.
Wat ik me echter afvraag: ze hebben het onderzocht bij kamertemperatuur, maar lukt het ook bij nog hogere temperaturen? Zoals iedereen weet wordt elektronica warm en blijft niet op kamertemperatuur hangen.
Het is een kwestie van tijd en dan zal dat ook wel lukken.
Ik weet het niet zeker, maar volgens mij heb je met spintronics geen last van (veel) hogere temperaturen bij zwaardere belasting.
Maar andere electronica toch wel? Of zou dit systeem alle electronica in een pc bv moeten vervangen waardoor we geen fans meer nodig zouden hebben? Zou wel super zijn, nog minder beperkingen door bewegende dingen! :D
Ik weet zelf niet of de temperatuur zal toenemen bij hogere belasting, maar zolang niet alle onderdelen gebruikmaken van spintronics, zal de temperatuur in de computer toenemen bij hogere belasting, dankzij de conventionele onderdelen.

Hier zal de elektronica die wel gebruik maakt van spintronics wel door beïnvloed worden. De temperatuur van die onderdelen zal zeker toenemen (of je moet de heetste onderdelen wel zo goed koelen dat alle hitte weggaat, dit is onmogelijk).

Als het dan zo is dat de spin niet meer uitgelezen kan worden bij temperaturen van 35 graden Celcius (10 graden boven kamertemperatuur voor ons), kun je tegen een probleem aanlopen.

Ik verwacht echter dat men binnen afzienbare tijd de spin kan aflezen bij temperaturen tot op 70 graden. Dat ligt niet zo heel ver van onze kamertemperatuur af (de 45 graden verschil is tussen 298 en 343 Kelvin relatief weinig als de 45 graden verschil tussen 20 en 65 Kelvin).
Goed, de opslageenheid wordt veel kleiner. Maar hoe groot wordt de eenheid waarmee de spinrichting bepaald/uitgelezen wordt?
Daar zat ik ook al aan te denken. Krijgen we dan alsnog een schijf met een lees/schrijf kop of zou het lukken om het met vaste lijnen te doen net als een stripje geheugen nu werkt.
Interessante ontwikkeling. Nu wordt het afwachten hoe snel men hiervan een bruikbare technologie kan maken. Ik vraag me af hoe goed het systeem zal werken als er allerhande bronnen van storing in de buurt van het materiaal komen waaruit de electronenspins worden afgelezen. Blijft de orientatie van de spins dan bewaard, of krijg je bijvoorbeeld random gedrag als er een ander electrisch veld in de buurt komt?
Wat zou een bruikbare technologie zijn? Ik las eerder al iets over vervanging van transistoren in CPU's e.d. Wordt het sneller? Kleiner? Efficiënter? En zo ja, hoe groot is dan de impact? Elke minituarisatie van vandaag de dag is leuk maar heeft niet zo'n grote impact dan dat ik kan lezen uit de ontwikkeling in spintronics. Dus hoeveel betekend het?
Laatst een course quantum mechanics gedaan, en daar werd mij verzekerd dat quantum informatie niet gegarandeerd gecopieerd kan worden. Hoe kan je dan dit gaan gebruiken in berekeningen? Blijft een vreemde materie voor onze menselijke hersenen.
Met qauntum 'mechanics' (quantum fysica is totaal niet mechanisch, dus ik heb geen idee welke malloot deze term bedacht heeft) heb je een percentage succes. Dat houd in dat (bijvoorbeeld) 71% van alle berekeningen (en dus ook kopiëren) correct verlopen.

Om dus een 100% foutloze qubit computer te hebben moet je alle opdrachten veelvoudig uitvoeren en kijken welke resultaten het meeste voorkomen. Dit is dan het juiste resultaat.
Simplistisch bekeken is het gewoon een pure vervanger voor transistors, doet identiek hetzelfde, niet dat het principe van 0'n en 1'n moeilijk is :)
Spannend hoor. Boel warrige taal, maar als ik alles zo lees een enorme vooruitgang!
een 'course quantum mechanics'? Waarom zeg je niet gewoon 'een cursus/college quantum mechanica'? Vind je het in het engels interessanter klinken of wat is de reden? Ik begrijp dit werkelijk niet...

/oeps, = reactie op bstard hierboven

[Reactie gewijzigd door mars op 27 november 2009 11:35]

Misschien was het college gewoon engelstalig?
Of in Engeland?
Interessanter klinkt het wel, maar dat is niet de reden. In de moderne wetenschap is Engels de voertaal. Het resultaat is dat (bijna) alle wetenschappelijke artikels en alle lesboeken in het Engels worden geschreven, ook door Nederlanders.

Ik heb tot nu toe nog maar één college in het Engels (ik ben eerstejaars student). Dit loopt echter op, ik zal verbaasd zijn als ik over een paar jaar ook maar één mastercollege in het Nederlands heb.

Aangezien dan alles in het Engels is, waarom de naam van het college niet? Het Engels slijt er in.
Aangezien dan alles in het Engels is, waarom de naam van het college niet? Het Engels slijt er in.
Het Nederlands slijt weg bedoel je. 8)7

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