Készül a mágneses félvezető

A számítógépek rendszerint két különböző technikát használnak a számításhoz és az adattároláshoz. Míg a félvezető chipek a számítást végzik, az adattárolás általában mágneses anyagokon zajlik.

A Princeton Egyetem tudósai mágnesessé tettek félvezetőket így elméletileg megnyitották a kaput azon chipek számára, melyek mindkét feladattal megbirkózhatnak. Az egyesítés jelentős méret- és energiaigény-csökkenést jelentene a számítógép hardvereknél.

A mágneses félvezető előállításához a kutatók fématomokat helyeztek el a félvezető anyagában. A műveletet egy pásztázó alagút mikroszkóp hegyével végezték el, kiemelve egy atomot a bázis anyagból, majd a helyére beillesztve egy fémet, ami mágneses tulajdonságokkal ruházta fel a félvezetőt. Az eredmény azért is jelentős, mert először sikerült ilyen fokú kontrollt elérni egy félvezető atomi szintű szerkezete felett.

Az új technika nem csupán a hagyományos chip-gyártásra lehet hatással, de akár a kvantum számítástechnikában is áttörésekhez vezethet. A kutatás vezetője, Ali Yazdani szerint a félvezetők atomi méreteken történő manipulálása összességében nemcsak az elektronáramlás, de annak kvantum tulajdonságainak kiaknázásához is eljuttathatja a tudósokat. Mangán atomok és gallium arzenid félvezetők egyesítésével a kutatók egy miniatűr laboratóriumot hoztak létre, ami képes felfedni a chip anyagának atomjai és elektronjai között végbemenő pontos kölcsönhatásokat. Segítségével a csapat meghatározta a mangán atomok optimális elrendezését a félvezető mágnesessé tételéhez. A kutatás eredményeinek átültetése a gyártási folyamatba nagy előrelépés lenne a mágneses spin számítástechnikában való alkalmazásában.

A gallium arzenid és a mangán együttesét már jó ideje a legígéretesebb kétfunkciós chip jelöltként tartják számon, azonban az anyaggal való munka több okból is kiábrándító volt. Eddig a kutatók nem tudták megtervezni az anyag optimális mágneses tulajdonságait, konkrétan nem tudták kontrollálni, hogyan helyezkedjen el a mangán a gallium arzenid közegben. Nem sikerült szabványosítaniuk sem a bekerülő mangándarab méretét, sem pedig a darabok egymástól való távolságát. Többnyire kristályosították az anyagot, majd a mangánt többé-kevésbé véletlenszerűen elrendezgették, utána pedig jobb híján reménykedtek a sikerben.

A megoldásra végül Dale Kitchen, a kutatócsoport tagja talált rá a fentebb már említett pásztázó alagút mikroszkóppal. Az eszköz rendelkezik egy rendkívül finomra hangolt elektromos szondával, ami egy gyenge elektromos mezővel pásztázza végig a felszínt az ingadozások észlelése céljából. A kutató rájött, hogy a töltéssel rendelkező hegy alkalmas egyetlen különálló galliumatom kilökésére a felszínből, melyet egyszerűen kipótolhatnak egy mangánnal.

A felfedezés lehetővé tette, hogy a kutatók megtalálják a mágneses tulajdonságot biztosító mangán atomok pontos elrendezését, a spin-alapú elektronikák kifejlesztésének egyik legfontosabb tényezőjét, elindulva az adatokat manipulálni és tárolni is képes chipek felé vezető úton.