Tiếp cận chế độ Terahertz: Nam châm lượng tử ở nhiệt độ phòng chuyển đổi trạng thái hàng nghìn tỷ lần mỗi giây

Trang Chủ > Ấn Bản > Tiếp cận chế độ terahertz: Nam châm lượng tử ở nhiệt độ phòng chuyển đổi trạng thái hàng nghìn tỷ lần mỗi giây

Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao của tiếp giáp phản sắt từ cho thấy các lớp vật liệu khác nhau (trái). Biểu đồ thể hiện tính chất từ của vật liệu (phải). TÍN DỤNG
©2023 Nakatsuji và cộng sự.

Tóm tắt:
Một loại thiết bị bộ nhớ không bay hơi, được gọi là MRAM, dựa trên vật liệu từ tính lượng tử, có thể mang lại hiệu suất gấp nghìn lần so với các thiết bị bộ nhớ tiên tiến nhất hiện nay. Các vật liệu được gọi là chất phản sắt từ trước đây đã được chứng minh là lưu trữ các trạng thái bộ nhớ ổn định, nhưng rất khó đọc từ đó. Nghiên cứu mới này mở ra một cách hiệu quả để đọc các trạng thái bộ nhớ, với khả năng thực hiện điều đó cực kỳ nhanh chóng.

Tiếp cận chế độ terahertz: Nam châm lượng tử ở nhiệt độ phòng chuyển đổi trạng thái hàng nghìn tỷ lần mỗi giây

Tokyo, Nhật Bản | Đăng ngày 20 tháng 2023 năm XNUMX

Bạn có thể chớp mắt khoảng bốn lần một giây. Bạn có thể nói tần suất chớp mắt này là 4 hertz (chu kỳ mỗi giây). Hãy tưởng tượng cố gắng chớp mắt 1 tỷ lần một giây, hoặc ở tốc độ 1 gigahertz, điều đó là không thể đối với con người. Nhưng đây là mức độ hiện tại trong đó các thiết bị kỹ thuật số cao cấp hiện đại, chẳng hạn như bộ nhớ từ tính, chuyển đổi trạng thái của chúng khi các hoạt động được thực hiện. Và nhiều người muốn đẩy ranh giới xa hơn một nghìn lần, vào chế độ một nghìn tỷ lần một giây, hay terahertz.

Rào cản để hiện thực hóa các thiết bị bộ nhớ nhanh hơn có thể là vật liệu được sử dụng. Các chip MRAM tốc độ cao hiện tại, chưa phổ biến đến mức xuất hiện trong máy tính gia đình của bạn, sử dụng các vật liệu từ tính hoặc sắt từ điển hình. Chúng được đọc bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là từ điện trở đường hầm. Điều này đòi hỏi các thành phần từ tính của vật liệu sắt từ phải được sắp xếp song song. Tuy nhiên, sự sắp xếp này tạo ra một từ trường mạnh giới hạn tốc độ mà bộ nhớ có thể được đọc hoặc ghi vào.

Giáo sư Satoru Nakatsuji từ Khoa Vật lý của Đại học Tokyo cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra một bước đột phá thử nghiệm vượt qua giới hạn này và đó là nhờ một loại vật liệu khác, chất phản sắt từ”. “Các phản sắt từ khác với các nam châm thông thường theo nhiều cách, nhưng đặc biệt, chúng ta có thể sắp xếp chúng theo những cách khác với các đường thẳng song song. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể phủ nhận từ trường sinh ra từ sự sắp xếp song song. Người ta cho rằng sự từ hóa của các chất sắt từ là cần thiết để đọc từ điện trở đường hầm từ bộ nhớ. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là chúng tôi thấy rằng cũng có thể có một loại phản sắt từ đặc biệt mà không bị từ hóa, và hy vọng rằng nó có thể hoạt động ở tốc độ rất cao.”

Nakatsuji và nhóm của ông nghĩ rằng có thể đạt được tốc độ chuyển mạch trong phạm vi terahertz và điều này cũng có thể thực hiện được ở nhiệt độ phòng, trong khi những nỗ lực trước đó yêu cầu nhiệt độ lạnh hơn nhiều và không mang lại kết quả đầy hứa hẹn như vậy. Mặc dù vậy, để cải thiện ý tưởng của mình, nhóm cần tinh chỉnh các thiết bị của mình và cải thiện cách chế tạo chúng là chìa khóa.

Nhà nghiên cứu Xianzhe Chen cho biết: “Mặc dù các thành phần nguyên tử trong vật liệu của chúng tôi khá quen thuộc – mangan, magiê, thiếc, oxy, v.v. – nhưng cách chúng tôi kết hợp chúng để tạo thành một thành phần bộ nhớ có thể sử dụng được là điều mới lạ và xa lạ”. “Chúng tôi phát triển các tinh thể trong chân không, trong các lớp cực kỳ mịn bằng cách sử dụng hai quá trình gọi là epitaxy chùm phân tử và phún xạ từ trường. Độ chân không càng cao, các mẫu chúng ta có thể phát triển càng tinh khiết. Đó là một quy trình cực kỳ khó khăn và nếu chúng tôi cải thiện nó, chúng tôi sẽ làm cho cuộc sống của mình dễ dàng hơn và cũng sản xuất ra nhiều thiết bị hiệu quả hơn.”

Các thiết bị bộ nhớ phản sắt từ này khai thác một hiện tượng lượng tử được gọi là sự vướng víu hoặc tương tác ở khoảng cách xa. Nhưng mặc dù vậy, nghiên cứu này không liên quan trực tiếp đến lĩnh vực điện toán lượng tử ngày càng nổi tiếng. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu gợi ý rằng những phát triển như thế này có thể hữu ích hoặc thậm chí cần thiết để xây dựng cầu nối giữa mô hình điện toán điện tử hiện tại và lĩnh vực máy tính lượng tử mới nổi.

Kinh phí:
Công việc này được hỗ trợ một phần bởi Chương trình JST-Mirai (số JPMJMI20A1), Chương trình ST-CREST (số JPMJCR18T3, JST-PRESTO và JPMJPR20L7) và JSPS KAKENHI (số 21H04437 và 22H00290).

####

Về Đại học Tokyo
Đại học Tokyo là trường đại học hàng đầu của Nhật Bản và là một trong những trường đại học nghiên cứu hàng đầu thế giới. Kết quả nghiên cứu khổng lồ của khoảng 6,000 nhà nghiên cứu được xuất bản trên các tạp chí hàng đầu thế giới về nghệ thuật và khoa học. Đội ngũ sinh viên sôi nổi của chúng tôi với khoảng 15,000 sinh viên đại học và 15,000 sinh viên sau đại học bao gồm hơn 4,000 sinh viên quốc tế. Tìm hiểu thêm tại www.u-tokyo.ac.jp/en/ hoặc theo dõi chúng tôi trên Twitter tại @UTokyo_News_en.

Để biết thêm thông tin, xin vui lòng bấm vào tại đây

Liên hệ:
Phương tiện truyền thông Liên hệ

Rohan Mehra
Đại học Tokyo
Liên hệ với chuyên gia

Giáo sư Satoru Nakatsuji
Đại học Tokyo

Nếu bạn có một bình luận, xin vui lòng Liên hệ chúng tôi.

Các tổ chức phát hành tin tức, không phải 7th Wave, Inc. hay Nanotech Now, chỉ chịu trách nhiệm về tính chính xác của nội dung.

Bookmark: