i

Aktuální číslo:

2024/6

Téma měsíce:

Éčka

Obálka čísla

Spintronika na terahertzových vlnách

Cesta za snem o rychlé elektronice
 |  3. 1. 2022
 |  Vesmír 101, 24, 2022/1
 |  Téma: Světlo

Spintronika, věda o spinové elektronice, se stále častěji ohlíží po partnerovi z ultrarychlé branže. Bude ale manželství s terahertzovou spektroskopií z neobvyklého koutu elektromagnetického spektra šťastné a trvalé?1)

Když v říjnu 2021 startovala z mysu Canaveral sonda NASA Lucy a zahajovala svoji dlouhou cestu k Jupiterovým asteroidům, nesla na palubě nenápadnou spintronickou součástku s označením MRAM (z anglického Magnetic Random Access Memory) – paměť, která si právě odbývala svou kosmickou premiéru. Tyto magnetické RAM jsou na trhu necelé tři roky a představují nový koncept krátkodobého ukládání dat, který je energeticky úspornější, na rozdíl od konvenčních pamětí RAM se data nesmažou, když odpojíme napájení, a jsou řádově rychlejší, než je tomu u klasických flashek. Jde o zajímavý a praktický výstup spintronického výzkumu, který si získává pozornost nejen v exotických vesmírných programech, ale snad jej brzy najdeme i v běžnější nositelné elektronice nebo v internetu věcí.

Spintronika je věda o využití spinu, vnitřního magnetického momentu částic, pro záznam a zpracování dat, a rozvíjí tak typicky elektronické aplikace. Že nejde jen o akademický výzkum, dokázala už v devadesátých letech, kdy nastartovala revoluci v čtení dat uložených na magnetických pevných discích. Stál za ní v roce 1988 objev gigantické magnetorezistence (GMR) Alberta Ferta a plzeňského rodáka Petera Grünberga, za který dostali o devatenáct let později Nobelovu cenu. Tento jev vzniká ve dvojicích tenkých magnetických vrstviček (jako na obr. 1A), z nichž horní má orientaci magnetizace pevnou a spodní můžeme přepnout. Například tím, že tento sendvič přiblížíme k místu, kde je na pevném disku zapsaný magnetický bit informace – volná vrstva se otočí podle jeho orientace. Pokud dvojvrstvou pustíme elektrický proud, jeho odpor bude záviset na relativním otočení magnetizace horní a spodní vrstvy. Rozdíl v elektrickém odporu může dosahovat až 100 %, což bylo do té doby pro magnetorezistenci, jak se obecně takové závislosti na magnetizaci říká, naprosto nepředstavitelné. To z gigantické magnetorezistence dělá mimořádně efektivní senzor pro záznamová zařízení. Proto také po nasazení této technologie v polovině devadesátých let zvýšily pevné disky dramaticky hustotu uložených dat a na trhu se začaly objevovat kapacity dosahující desítek gigabytů. A to byl koneckonců důvod té Nobelovy ceny.

Dnešní kapacity disků běžně přesahují 10 terabytů a dva roky po vydání tohoto článku budou jistě opět dvojnásobné. Udržet takový exponenciální růst záznamové hustoty vyžaduje neustálý přísun nových technologií a konceptů. A opravdu: od zařazení prvních senzorů gigantické magnetorezistence přicházely co pět let jejich různé úpravy, od inženýrských vylepšení až po nové fyzikální alternace tohoto jevu.2) Stále je ale většina digitálně uložených dat následně čtena obdobným fyzikálním mechanismem. Dokonce i nejmodernější komerčně dostupné spintronické paměti, jako jsou zmiňované MRAM, využívají onen starý dobrý princip gigantické magnetorezistence.

Nyní vidíte 15 % článku. Co dál:

Jsem předplatitel, mám plný přístup
Jsem návštěvník
Chci si přečíst celé číslo
Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru. Více o předplatném
TÉMA MĚSÍCE: Světlo
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Fyzika

O autorovi

Lukáš Nádvorník

RNDr. Lukáš Nádvorník, Ph.D., (*1986) získal doktorát na Matematicko-fyzikální fakultě UK a ve Fyzikálním ústavu Akademie věd. Během svého postdoktorského pobytu v Institutu Maxe Plancka a na Svobodné univerzitě v Berlíně získal zkušenosti s THz spektroskopií, kterou po návratu na MFF UK využívá v základním spintronickém výzkumu v nově založené laboratoři THz spintroniky.
Nádvorník Lukáš

Další články k tématu

Satelitní konstelaceuzamčeno

Noční obloha je krásná. Kvůli umělému záření, které naši civilizaci doprovází, ji nemůžeme obdivovat všude, ale zkuste se na ni občas zadívat a...

Jak si posvítit na části mozku a jejich funkci?uzamčeno

V paletě nástrojů, které neurovědci mají ke studiu nejsložitější struktury ve vesmíru – mozku savců – přibyl počátkem 21. století nový nástroj.

Doporučujeme

Genová terapie ALS: jsme na začátku naděje

Genová terapie ALS: jsme na začátku naděje

Je to krutá a zatím nevyléčitelná nemoc. Amyotrofická laterální skleróza. Americká léková agentura FDA však nedávno schválila pro medicínskou...
(Ne)umělá sladidla

(Ne)umělá sladidla uzamčeno

Adam Obr  |  3. 6. 2024
Když loni v létě zařadilo WHO aspartam na seznam látek, které mají potenciál způsobovat rakovinu, dosáhla diskuse o škodlivosti nekalorických...
Příběhy řasových éček

Příběhy řasových éček

Richard Lhotský  |  3. 6. 2024
Přídatné látky v potravinách, familiárně přezdívané pro svůj kód éčka, vzbuzují u řady lidí obavy a strach. Přesto se mezi nimi najdou i látky...