चार्ज के बीयॉंड: स्पिन के साथ कंप्यूटिंग
आधुनिक कंप्यूटिंग विद्युत चार्ज के हेरफेर पर बनी है — ट्रांजिस्टर में इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति या अनुपस्थिति सभी डिजिटल सूचना प्रसंस्करण को रेखांकित करने वाले लोगों और शून्य को एन्कोड करती है। लेकिन इलेक्ट्रॉन एक दूसरी क्वांटम संपत्ति रखते हैं: स्पिन, एक क्वांटम यांत्रिक विशेषता जो एक छोटे चुंबक की तरह व्यवहार करती है, चुंबकीय क्षेत्र में "ऊपर" या "नीचे" की ओर इशारा करती है। Spintronics चार्ज के बजाय या साथ-साथ एक सूचना वाहक के रूप में स्पिन का दोहन करने वाले कंप्यूटिंग डिवाइस बनाने के लिए समर्पित क्षेत्र है।
Spintronic उपकरण ऊर्जा दक्षता, गति और गैर-अस्थिर सूचना भंडारण में संभावित लाभ प्रदान करते हैं — निरंतर शक्ति की आवश्यकता के बिना संग्रहीत डेटा को बनाए रखते हैं। हार्ड डिस्क ड्राइव रीड हेड पहले से ही spintronic प्रभाव का दोहन करते हैं, जैसा कि चुंबकीय यादृच्छिक-पहुंच मेमोरी चिप्स करते हैं जो डेटा प्रतिधारण और ऊर्जा दक्षता को प्राथमिकता देने वाले अनुप्रयोगों में पारंपरिक RAM के विकल्प के रूप में उभर रहे हैं।
शोधकर्ताओं ने अब संतुलन बिंदुओं पर इलेक्ट्रॉन स्पिन को नियंत्रित करने के लिए एक नई विधि का प्रदर्शन किया है जो पहले व्यावहारिक रूप से उपयोग करने के लिए बहुत अस्थिर थे, spintronic डिवाइस कॉन्फ़िगरेशन की एक कक्षा को खोलते हुए जिसे पूर्ববर्ती दृष्टिकोण उपयोग नहीं कर सके।
अस्थिर बिंदु और वे क्यों मायने रखते हैं
किसी भी भौतिक प्रणाली में, संतुलन की स्थिति मौजूद होती है जहां प्रतिस्पर्धी बल संतुलन रखते हैं। कुछ स्थिर हैं — छोटी गड़बड़ी संतुलन में वापसी का परिणाम है, जैसे कि कटोरी में एक गेंद। दूसरे अस्थिर हैं — कोई भी छोटी गड़बड़ी सिस्टम को आगे दूर ले जाती है, जैसे कि पहाड़ी के शीर्ष पर एक गेंद।
चुंबकीय प्रणालियों में, अस्थिर संतुलन बिंदुओं को ऐतिहासिक रूप से डिवाइस डिजाइन में इसलिए से बचा गया है क्योंकि उन्हें विश्वसनीय रूप से बनाए नहीं रखा जा सकता है। कोई भी थर्मल शोर या विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप स्पिन राज्य को पास के स्थिर कॉन्फ़िगरेशन की ओर ढहा देगा। सूचना भंडारण और प्रसंस्करण के लिए, राज्य जो विश्वसनीय रूप से बनाए नहीं जा सकते हैं वे बेकार हैं।
अनुसंधान दल का सफलता यह खोज है कि सावधानीपूर्वक समायोजित विद्युत धाराएं स्पिन राज्यों को इन पूर्वकाल अनुपयोगी अस्थिर संतुलन बिंदुओं पर स्थिर कर सकती हैं। वर्तमान एक निरंतर प्रतिक्रिया तंत्र के रूप में कार्य करता है, उतार-चढ़ाव को ठीक करता है जो अन्यथा स्पिन राज्य को दूर ले जाएगा। परिणाम चुंबकीय ऊर्जा परिदृश्य पर एक नियंत्रित, स्थिर स्पिन राज्य है जो पहले डिवाइस डिजाइनरों के लिए पहुंच से परे है।
सक्षम नई वास्तुकला
अस्थिर संतुलन बिंदुओं पर स्पिन को नियंत्रित करने और स्थिर करने की क्षमता spintronic इंजीनियरों के लिए उपलब्ध डिजाइन स्पेस को महत्वपूर्ण रूप से विस्तारित करती है। पारंपरिक spintronic उपकरण सूचना-वहन विन्यास के रूप में स्थिर चुंबकीय राज्यों का उपयोग करने तक सीमित हैं। नई तकनीक अस्थिर बिंदुओं सहित संभावित स्पिन कॉन्फ़िगरेशन की पूरी श्रृंखला के आसपास डिवाइस को डिजाइन करने की अनुमति देती है जो गुण प्रदान करती है — जैसे छोटे इनपुट के प्रति चरम संवेदनशीलता या तेजी से स्विचिंग विशेषताएं — कि स्थिर-राज्य उपकरण प्राप्त नहीं कर सकते हैं।
कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए, यह अस्थिर संतुलन बिंदुओं के पास काम करने वाली spintronic तर्क फाटकों और मेमोरी तत्वों की संभावना खोलता है जो मौजूदा दृष्टिकोणों की विशेषताओं के पूरक या अतिक्रम करते हैं। अस्थिर संतुलन बिंदुओं के पास काम करने वाले उपकरण अत्यंत छोटे इनपुट संकेतों के जवाब में राज्यों को स्विच कर सकते हैं, संभावतः अल्ट्रा-कम-पावर तर्क संचालन को सक्षम करते हैं। स्विचिंग विशेषताएं भी इस तरह के उपकरणों को neuromorphic कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर के उम्मीदवार बनाती हैं, जहां कृत्रिम न्यूरॉन व्यवहार पारंपरिक बाइनरी तर्क की तुलना में जैविक तंत्रिका गतिशीलता से अधिक निकटता से मेल खाता है।
व्यावहारिक उपकरणों का मार्ग
अनुसंधान एक तैनात प्रौद्योगिकी के बजाय एक प्रमाण-की-अवधारणा प्रदर्शन का प्रतिनिधित्व करता है। व्यावहारिक कंप्यूटिंग डिवाइस में जाने के लिए डिवाइस पुनरुत्पादन, संचालन तापमान पर वर्तमान-स्थिरीकरण तंत्र की विश्वसनीयता, विस्तारित जीवन काल और बड़े पैमाने पर उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं के साथ एकीकरण के चारों ओर इंजीनियरिंग चुनौतियों को हल करने की आवश्यकता है।
ये चुनौतियां वास्तविक हैं लेकिन इंजीनियरिंग समस्याओं की तरह हैं जो अर्धचालक उद्योग को व्यापक अनुभव संबोधित करने में है। अनुसंधान दल द्वारा प्रदर्शित भौतिकी वैचारिक नींव प्रदान करती है; इसे निर्माण योग्य उपकरणों में अनुवाद करना एक बाद का चरण है जिसे व्यापक अनुसंधान समुदाय और उद्योग भागीदारों को आगे बढ़ाने की आवश्यकता होगी। यह खोज भौतिक घटना की बढ़ती पोर्टफोलियो में जोड़ती है — topological insulators, दो-आयामी सामग्री, और अब वर्तमान-स्थिरीकृत स्पिन राज्य — कंप्यूटिंग तत्वों की ओर मार्ग प्रदान करती है जिसमें ऐसी विशेषताएं हैं जो पारंपरिक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर मेल नहीं कर सकते।
यह लेख Phys.org द्वारा रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
