Physiker Nudge Elektronen, in Richtung verrückt-schnelle Computer


Physiker haben Elektronen ändern ihren Spin in nur billiardstel Sekunde, stieß die schnellste jemals erreicht und ein Basic-Wissenschaft-Kunststück, das schnellere Datenverarbeitung und-Speicherung führen könnte.

Elektronen sind drei grundlegende Eigenschaften: Masse, elektrische Ladung und Spin. Die Spin ist eine Form der Drehimpuls, die bezieht sich auf wie ein Elektron bewegt sich um den Kern eines Atoms. Ein Elektronen-Spin gibt es in zwei Geschmacksrichtungen: rauf und runter.

Bearbeiten von Elektronen ist wichtig für die Datenverarbeitung, da die meisten Datenspeicherung in diesen Tagen magnetisch ist und stützt sich auf den Spin von Elektronen in einem Material ausrichten. In den letzten Jahren entstand eine neue Technologie, bekannt als Spintronik, die Kontrolle der Spin und die elektrische Ladung von Elektronen zu verbessern, wie Informationen gespeichert werden soll. Die Technologie setzt auf die schnelle Umschaltung von magnetischen Feldern, die jetzt im billiardstel Sekunde, getan werden kann, eine neue Studie zeigt.

"Wir dürfen erwarten, schneller schreiben in Festplatten und schneller lesen und schreiben in [Speicher] mit noch weniger Stromverbrauch," sagte Jigang Wang, Physiker am Ames Laboratory in Iowa und senior-Autor der Studie veröffentlicht heute (3. April) in der Zeitschrift Nature. Die Technologie eines Tages, zum Beispiel verwendet werden könnte, extrem schnelle HD-Filme zu zeigen hinzugefügt Wang.

Spintronik Forscher haben mit der Hürde herauszufinden, wie man aus der Gigahertz-Geschwindigkeit der heutigen konventionellen Arbeitsspeicher und Logik Systeme der Terahertz-Geschwindigkeit konfrontiert. Dies erfordert ein Verständnis der Geschehnisse während magnetische Einschalten sehr kurze Fristen. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Um dies zu untersuchen, schien Wang und seine Kollegen super-kurze Impulsen des Laserlichts auf einem ungewöhnlichen magnetischen Material stoßen die Atome im Material in einen angeregten Zustand und ändern ihre Spins. "Wenn Sie einen sehr kleinen Teil davon ändern, Sie drastisch die Eigenschaften des Materials ändern", sagte Wang.

Die eigentliche Leistung, tat dies jedoch über tausendmal schneller als Stand der Technik. Visualisieren Sie, wie das Material seiner magnetischen Eigenschaften geändert, die Wissenschaftler eine besondere Art der Bildgebung verwendet, um Momentaufnahmen des Prozesses – ähnlich wie ein Foto unter einem Stroboskop. Mit dieser Technik sahen die Forscher die Magnetisierung fing während der Laserpulse zu entwickeln.

Auf dieser sehr kurzen Fristen klassischen Thermodynamik ist nicht wichtig, und Quantenmechanik übernimmt, sagte Wang. Wangs-Kollegen an der Universität von Kreta in Griechenland entwickelte eine Theorie zu erklären, wie die schnelle magnetische Umschaltung erfolgt.

Gerade jetzt, dies ist sehr grundlegende Wissenschaft, sagte Wang. Es ist ein langer Weg zu gehen, bevor es für den Einsatz in kommerziellen Computern optimiert werden kann. Er lehnte es ab, auf zu spekulieren, wenn die Technologie zur Verfügung, wäre stattdessen zitiert des berühmten Wissenschaftlers Michael Faraday, die bei der Frage nach der Verwendung des Elektromagnetismus, antwortete: "von welchen Nutzen hat ein neugeborenes Baby?"

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