התקן זיכרון מחשב מפלסטיק

באמצעות חלופה לרכיבי מיקרו-אלקטרוניקה מסורתיים, המכונה "רכיבי ספינטרוניקה" ("spintronics") ניתן יהיה לאחסן יותר מידע בפחות נפח, לעבד מידע מהר יותר, ולצרוך פחות אנרגיה
.

זכרון מפלסטיק. איור: אוניברסיטת אוהיו

חוקרים מאוניברסיטת אוהיו הדגימו לראשונה את השימוש בספין של אלקטרונים לשם קריאת מידע וכתיבתו בתוך התקן זיכרון מחשב מפלסטיק.

בגיליון אוגוסט של כתב-העת המדעי Nature Materials, החוקר Arthur J. Epstein ועמיתיו מתארים כיצד הם הצליחו להכין התקן אב-טיפוס ספינטרוני פלסטי שכזה תוך שימוש בשיטות הנפוצות כיום בתעשיית המחשבים.

כרגע, ההתקן הוא קצת יותר מפס דק של מגנט אורגני כחול המצופה בחומר פרומגנטי מתכתי המחובר לשתי אלקטרודות עופרת. (חומר פרומגנטי הוא מגנט העשוי ממתכת דמוית-ברזל. מגנטים למקררים בבית הם סוג כזה של מגנט). ועדיין, החוקרים הצליחו להעביר אליו מידע לשלוף אותו באמצעות שליטה על הספינים של האלקטרונים בעזרת שדה מגנטי.

החוקר, פרופסור לפיסיקה וכימיה באוניברסיטת אוהיו מתאר את החומר כהכלאה בין מוליך-למחצה המורכב מחומרים אורגניים לבין מוליך-למחצה המורכב מפולימר מגנטי מיוחד. ככזה, הוא מהווה גשר בין המחשבים של היום ובין מחשבים מבוססי-ספינטרוניקה העשויים במלואם מפולימרים שהחוקרים מקווים לפתח בעתיד.

רכיבי אלקטרוניקה רגילים מצפינים מידע ממוחשב על-בסיס צופן בינארי של אפס ואחד, בהתאם למצב – האם בחלל מסוים של החומר מצוי באותו הרגע אלקטרון אם לאו. אולם, חוקרים יודעים מזה זמן רב כי ניתן לקטב אלקטרונים כך שיוסדרו בכיוונים מוגדרים, בדומה למגנט. הם מגדירים את ההכוונה הזו כספין – או "ספין למעלה" או "ספין למטה" – וחוקרים את היכולת למצוא דרך לאחסן מידע באמצעות ספין. רכיבי האלקטרוניקה המבוססים על רעיון זה – המכונים רכיבי ספינטרוניקה – יוכלו לאפשר למחשבים לאחסן ולהעביר באופן יעיל כמות כפולה של מידע בכל אלקטרון. אולם, דחיסות מידע גבוהה יותר היא רק חלק מהסיפור.

"ספינטרוניקה נדמית תכופות כדרך לקבל יותר מידע מכל אלקטרון, אולם האמת היא שזו דרך להגיע לדור הבא של האלקטרוניקה," מסביר החוקר הראשי. "נוכל לפתור רבות מהבעיות הטמונות היום במחשבים באמצעות שימוש בספינטרוניקה."

מעגלים מודפסים רגילים מנצלים כמות רבה של אנרגיה. העברת אלקטרונים דרכם יוצרת חום, ונדרשת כמות גדולה של אנרגיה בכדי לצמצם את החום הזה. יצרני שבבים מוגבלים במידת הסמיכות האפשרית של אריזת המעגלים יחדיו בשל סיבה זו של התחממות יתר.

היפוך הספין של האלקטרון דורש פחות אנרגיה, וכמעט שלא מייצר חום בתהליך, מציין החוקר. משמע, שהתקני ספינטרוניקה יוכלו לפעול בסוללות קטנות יותר. אם הם יהיו עשויים מפלסטיק, אזי הם יהיו גם קלי-משקל וגמישים.

"נרצה מאוד להעביר רכיבי אלקטרוניקה ניידים למסגרת של ספין," מסביר החוקר הראשי. "חישבו על חיילים המצויים בשדה הקרב הנאלצים לסחוב חבילות סוללות כבדות. אם היה לנו התקן ספינטרוני קל-משקל יותר הפועל בדרישות אנרגיה נמוכות יותר, ואם נוכל להכינו ע"ג צג פולימרי גמיש, חיילים ומשתמשים אחרים יוכלו פשוט לגלגל אותו ולסחוב אותו עימם. אנו רואים בטכנולוגיה ניידת זו בסיס עוצמתי לסיוע לבני-אדם."

המוליך-למחצה הפולימרי המגנטי במחקר זה, ונדיום טטרא-ציאנואתאניד, הוא המגנט האורגני הראשון המסוגל לפעול מעל טמפרטורת החדר, והוא פותח ע"י החוקר אפשטיין ועמיתיו.

"ההישג העיקרי שלנו הוא בכך שניצלנו את החומר הזה כמקטב ספין – כלומר, ניתן לחסוך במידע (ספין מעלה/ספין מטה) המצוי עלו תוך שימוש בשדה מגנטי זעיר – וכגלאי ספין – כלומר, ניתן לקרוא את המידע שנרשם עליו," מסביר החוקר. "עתה, אנו קרובים יותר לפיתוח התקן המורכב כולו מחומרים אורגניים."

בהתקן אב-הטיפוס, אלקטרונים מגיעים לפולימר, ואז שדה מגנטי מכווין אותם כספין מעלה/ספין מטה. בשלב הבא, האלקטרונים מגיעים לשכבה המגנטית הרגילה, אולם רק אם הספינים של האלקטרונים מסודרים באותו הכיוון. אם הכיוון שלהם לא מתאים, אזי קיים מחסום גבוה מדי למעבר של האלקטרונים. כך שהחוקרים הצליחו לקרוא מידע ספין מההתקן שלהם על-בסיס ההימצאות של מחסום גבוה או העדרו.

{loadposition content-related}