Χειραγωγώντας τα ηλεκτρόνια Πείραμα ανοίγει το δρόμο για τους «σπιντρονικούς» υπολογιστές

Το μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρονίου μπορεί να είναι προσανατολισμένο «πάνω» ή «κάτω»

Λονδίνο

Η χειραγώγηση του «σπιν», μιας βασικής ιδιότητας των ηλεκτρονίων, θα μπορούσε να δώσει λύση στο αδιέξοδο που θα συναντήσουν τα επόμενα χρόνια τα συμβατικά τσιπ υπολογιστών -γερμανοί ερευνητές κατάφεραν να ελέγξουν το σπιν των ηλεκτρονίων μέσα σε ημιαγωγούς. Τα σημερινά ηλεκτρονικά αποθηκεύουν και μεταδίδουν την πληροφορία μετακινώντας ηλεκτρόνια. Αντίθετα, οι «σπιντρονικοί» υπολογιστές δεν θα μετακινούν φορτία, αλλά απλώς θα αλλάζουν τις κβαντομηχανικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων επιτόπου. Η προσέγγιση αυτή θα επέτρεπε να συνεχίσουν να αυξάνονται οι επιδόσεις των τσιπ, όταν οι κατασκευαστές ημιαγωγών πλησιάσουν τα θεωρητικά όρια της σημερινής τεχνολογίας: καθώς τα συμβατικά κυκλώματα μικραίνουν όλο και περισσότερο, η κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται εκθετικά οδηγώντας σε υπερθέρμανση και διαρροή φορτίων. Η απάντηση φαίνεται ότι βρίσκεται στο σπιν. Στη φυσική, το σπιν, ή ορθότερα ιδιοστροφορμή, είναι μια ιδιότητα των στοιχειωδών και των σύνθετων σωματιδίων καθώς και των πυρήνων των ατόμων. Το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται ουσιαστικά σαν περιστρεφόμενος μαγνήτης. Η ιδιοστροφορμή του αφορά τον προσανατολισμό των πόλων του μαγνητικού του πεδίου, η οποία μπορεί να αλλάξει από την κατάσταση «πάνω» στην κατάσταση «κάτω». Οι καταστάσεις αυτές αντιστοιχούν με τις καταστάσεις «0» και «1» των σημερινών ψηφιακών κυκλωμάτων. Προκειμένου να δημιουργήσουν υπολογιστές που βασίζονται στην ιδιοστροφορμή, οι ερευνητές θα πρέπει να μπορούν να ευθυγραμμίζουν κατά βούληση το σπιν των ηλεκτρονίων μέσα στους ημιαγωγούς. Μέχρι σήμερα, αυτό είχε επιτευχθεί μόνο σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες. Τώρα, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ρέγκενσμπουργκ στη Γερμανία αναφέρουν στο περιοδικό Nature ότι κατάφεραν να διοχετεύσουν σε μια συμβατική πλάκα πυριτίου ηλεκτρόνια με ευθυγραμμισμένο σπιν, και μάλιστα σε θερμοκρασία δωματίου. Το μυστικό της επιτυχίας τους, αναφέρει ο δικτυακός τόπος του περιοδικού, ήταν ένα υπέρλεπτο φύλλο οξειδίου του αλουμινίου, το οποίο τοποθετήθηκε ανάμεσα σε μια πλάκα πυριτίου και ένα φύλλο κράματος νικελίου-σιδήρου, όμοιου με αυτού που χρησιμοποιείται στις κεφαλές ανάγνωσης των σκληρών δίσκων. Όταν εφαρμοστεί ηλεκτρική τάση σε αυτή τη διάταξη, το οξείδιο του αλουμινίου δρα ως φίλτρο που επιτρέπει μόνο σε «ευθυγραμμισμένα» ηλεκτρόνια να περάσουν από το μέταλλο στο πυρίτιο. Το πείραμα αποτελεί σημαντικό βήμα για την ανάπτυξη της «σπιντρονικής», τη νέα εκδοχή της ηλεκτρονικής, πρώτα όμως οι ερευνητές θα πρέπει να μάθουν πώς να ελέγχουν το σπιν των ηλεκτρονίων και μετά την είσοδό τους στο πυρίτιο. Newsroom ΔΟΛ