Austin'deki Texas Üniversitesi'nde bulunan bir vakum odasının içinde fizikçiler, nikel fosfor trisülfürün (NiPS3) tek bir katmanını alarak manyetik gürültü donana kadar sıcaklığı düşürdüler. Ortaya çıkan şey, atomik spinlerin altı farklı yöne kilitlendiği ve teorik manyetik girdapları düzenli geometrik desenlere sabitlediği mikroskobik bir manzara olan "altı durumlu saat fazı"ydı.
Bu, iki boyutlu mıknatısların üç boyutlulardan temel olarak farklı davrandığını savunan ve 1970'lerde öngörülen bir olgu olan Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) geçişinin ilk doğrudan malzeme gözlemidir. Elli yıl boyunca bu sadece matematiksel bir meraktan ibaretti. Bugün ise, geleneksel elektroniklerin yarattığı devasa ısıyı üretmeden hesaplama yapabilen spintronik bellek çipleri için fiziksel bir yol haritası sunan, yarı iletken endüstrisi adına oldukça değerli bir mekanik özelliği temsil ediyor.
Düz bir mıknatıs için 50 yıllık arayış
1970'lerde teorik fizikçiler, mükemmel bir iki boyutlu sürekli spin sisteminde geleneksel bir manyetik faz geçişinin gerçekleşemeyeceğini kanıtladılar. Bunun yerine matematik, 2B bir sistemin girdapları, yani sıcaklık değiştikçe birleşip ayrılan mikroskobik manyetik girdapları destekleyeceğini öne sürdü.
Sorun, bu matematiği test edecek kadar temiz bir malzeme bulmaktı. Gerçek dünyadaki mıknatıslar üç boyutta yaşar; yapısal kusurlar, başıboş etkileşimler ve gürültülü düzlem dışı eşleşmelerle doludur. BKT fiziğini gerçekten görebilmek için araştırmacıların izole edilmiş, atomik düzeyde düz bir mıknatısa ve aşırı kriyojenik kontrole ihtiyacı vardı.
UT Austin ekibi, öngörülen tüm diziyi NiPS3 tek katmanlarında yakalamayı başardı. Daha yüksek sıcaklıklarda malzeme bir girdap-antigirdap sıvısı sergiledi. Ekipman daha da soğuduğunda, malzeme sert altı durumlu saat fazına geçti ve böylece soyut bir matematiksel denklemi, cihaz ekiplerinin manipüle edebileceği tasarlanmış bir malzemeye bağladı.
Veri merkezlerindeki ısıyı uzaklaştırmak
Topolojik manyetik dokuların ticari çekiciliği güç tüketimine dayanıyor. Geleneksel silikon elektronikler, elektriksel yükü dirençli malzemeler üzerinden taşıyarak yoğun bir ısı üretir. Spintronik ise bunun yerine elektronun spinini kullanmayı, mantık işlemlerini sıfıra yakın Joule ısınmasıyla gerçekleştirmeyi önerir.
Manyetik girdaplar burada özellikle değerlidir çünkü topolojik olarak korunurlar, bu da onları yerel kusurlara ve termal gürültüye karşı oldukça kararlı kılar. Eğer veriler bu kararlı girdaplar içine kodlanabilir ve spin akımlarıyla yönlendirilebilirse, bellek ve hesaplama için enerji yükü önemli ölçüde düşer.
Ancak mühendislik uyarısı oldukça ciddi. UT Austin'deki gösterim, aşırı soğuğa ve hassas, ultra temiz van der Waals heteroyapılarına dayanıyor. Malzeme grupları, ticari çip tasarımı için mutlak temel seviye olan oda sıcaklığında farklı manyetik kombinasyonların benzer kararlılığa ulaşıp ulaşamayacağını şimdiden tartışıyor.
Gofret ölçeğinde hedefler ve üretim açığı
Avrupa sanayi politikası için düşük güç tüketen bilgisayar donanımındaki her türlü ilerleme yakından izleniyor. Brüksel ve Berlin, milyarlarca avroluk devlet yardımını gelişmiş yarı iletken egemenliğine bağladı ve bölgesel veri merkezleri ile kuantum-hibrit sistemlerin artan güç tüketimini dizginlemenin bir yolu olarak özellikle spintroniği mercek altına aldı.
Avrupa için yapısal sorun, temel sanayi gücünün egzotik van der Waals nanosayfalarını ölçeklendirmekte yatmamasıdır. Kıta; hassas litografi, ekipman üretimi ve sistem entegrasyonunda baskın durumdadır, ancak yeni malzeme üretiminde öncülük etme konusunda genellikle geride kalmaktadır.
BKT girdaplarının bir Texas kriyostatından ticari mantık çiplerine geçebilmesi için transatlantik bir iş bölümü gerekecektir. Uzmanlaşmış laboratuvarlar muhtemelen malzeme platformlarını haritalamaya devam ederken, Avrupalı alet üreticileri bu hassas atomik katmanları standart silikon iş akışlarına nasıl entegre edeceklerini çözeceklerdir. Brüksel egemen tedarik zinciri direktiflerini taslak haline getirebilir. Başka birinin ise kriyojenik kısmını çözmesi gerekecek.
Kaynaklar
- Austin'deki Texas Üniversitesi
Comments
No comments yet. Be the first!