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Mar 09, 2023

新しいスキルミオン トランジスタが量子研究と AI 研究を推進

25 maggio 2023 Questo articolo

2023 年 5 月 25 日

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国家科学技術研究評議会による

エネルギー危機が深刻化する時代において、世界はスピントロニクス技術における革新的な革命の崖っぷちに立っており、優れたパフォーマンスと組み合わせた超低消費電力が約束されています。 その可能性を説明するために、2016 年の有名な囲碁ゲーム中に AlphaGo が消費した電力は、100 世帯の 1 日の電力使用量に匹敵すると考えてみましょう。 テスラの自動運転AIは2021年までに学習にその10倍以上の電力を必要とした。

この需要の高まりに応えて、韓国標準科学研究院 (KRISS) はスキルミオンを制御できる世界初のトランジスタを開発しました。 この画期的な成果は、次世代の超低電力デバイスの開発への道を切り開き、量子研究や AI 研究に大きく貢献すると期待されています。 この研究結果は、Advanced Materials 誌に掲載されています。

渦巻き状のスピン構造で配置されたスキルミオンは、数ナノメートルまで微細化できるため、非常に低い電力で移動できるというユニークな特徴を持っています。 この特性により、それらはスピントロニクス応用の進化における重要な要素として位置付けられます。

21 世紀における電子工学の爆発的な成長は、1947 年に米国のベル研究所でトランジスタが発明されたことにまで遡ります。 電流の増幅器およびスイッチとして機能するトランジスタは、電子工学の分野で極めて重要です。 2009 年のスキルミオンの発見は、スキルミオンをベースとしたトランジスタに関する広範な研究を引き起こしましたが、スキルミオンの動きを制御する重要な技術が存在しなかったため、これらの研究は妨げられました。

このボトルネックは、KRISS が新しく開発したスキルミオン トランジスタによって克服されました。このトランジスタは、磁性材料で生成されたスキルミオンの動きを電子的に管理する独自の技術を活用しています。 この革新的なソリューションにより、従来のトランジスタが電流を調整する方法と同様に、スキルミオンの流れまたは停止を正確に制御できます。

磁気スキルミオンの動きを管理する上で重要な点は、スキルミオンのエネルギーに影響を与える磁気異方性の制御にあります。 これまでの研究では、デバイス内の酸素の移動を通じて磁気異方性を制御しようとしましたが、均一な制御は達成できませんでした。

この課題を克服して、KRISS Quantum Spin チームは、酸化アルミニウム絶縁体内の水素を利用して磁気異方性を均一に制御する画期的な方法を開発し、スキルミオン トランジスタの実験的実装において世界初となりました。

このマイルストーンは、スキルミオンの生成、削除、移動に関する同研究所の2021年の成果に続く、スピントロニクスデバイスのさらなる基礎技術を表している。 スピントロニクス トランジスタの出現により、ニューロモーフィック デバイスやロジック デバイスなどのスピントロニクス ベースのデバイスの開発が促進され、従来の電子デバイスに比べて消費電力、安定性、速度の面で大きな利点が得られます。

KRISS量子技術研究所所長のチャン・ヨンファン博士は、「韓国の大手企業は、現在のシリコン半導体の制約を超え、スピントロニクスを利用した次世代半導体に注力している。われわれはスピントロニクス関連技術を発展させる計画だ」と述べた。さらにそれらを次世代の半導体デバイスや量子技術に組み込んでいきます。」

KRISSの主任研究員であるヤン・スンモ博士はこの成果の重要性を振り返り、「トランジスタは20世紀のデジタル革命に火をつけました。現在、スキルミオン・トランジスタは同様の変革を触媒し、スピントロニクス技術を推進する準備ができています」と語った。 21世紀の革命。」

詳しくは： Seungmo Yang 他、電圧制御磁気異方性でゲートされた磁気スキルミオン トランジスタ、アドバンスト マテリアルズ (2022)。 DOI: 10.1002/adma.202208881

雑誌情報:先端材料

国家科学技術研究評議会提供