전자 ​​바카라 추천의 공명 운동을 성공적으로 제어했습니다

7876_7993전자 ​​바카라 추천^{참고 1)}우리는 전류가 아닌 전압을 사용하여 (자기)의 공명 동작을 성공적으로 제어했으며 초강력 소비 장치 (전자 장치)의 기초를 형성하는 기술을 개발했습니다

전자의 자석 속성 인 바카라 추천을 사용하는 새로운 정보 처리 기술 "spintronics^{참고 2)}"환경 친화적이고 저전력 소비는 녹색 IT의 최고 후보가 될 것으로 예상됩니다 이는 환경 친화적이고 저전력 소비입니다 바카라 추천 바카라 추천은 작은 입력이 큰 움직임을 효율적으로 생성 할 수있는 공명의 특징을 가지고 있습니다 모션 및 공명 운동은 바카라 추천의 매우 효율적인 사용의 열쇠로 관심을 끌고 있습니다

그러나 과거에는 정보 처리에서 전류 및 자기장을 사용하여 바카라 추천을 제어했습니다Jule Fever^{참고 3)})로 인한 에너지 손실은 초 전력 소비의 장벽이되었습니다 이 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 전압으로 인한 바카라 추천 공명 운동을 제어하는 ​​방법을 개발하려는 강한 욕구가있었습니다

이 연구 그룹은 일반적인 자석 재료 인 철 코발트 합금, 초대형 필름을 여러 원자로 만들고 절연체를 통해 고주파 전압을 적용함으로써 바카라 추천의 공명 운동을 성공적으로 유도했습니다 이것은 세계 최초의 자석 재료에서 바카라 추천 공명 운동의 제어이며,이 기술은 기존의 전류 중심 모델에 비해 200 미만의 전력 소비를 허용한다는 것을 확인했습니다

이 시점에서 개발 된 기술은 나노 제조 기술을 통해 처음으로 달성되었으며, 이는 여러 원자 층에 이미 사용 된 재료를 여러 원자 층에 얇게 만들고, 자기 메모리, 자기 기록 및 바카라 추천 및 논리 요소를 사용하여 저 손실 정보 전송을 포함한 다양한 바카라 추천 장치에 적용될 것으로 예상되며, 현재 개발 중이며 저전력 소비 및 고소도를 극적으로 촉진합니다

이 연구 결과는 2012 년 4 월 29 일 영국 과학 저널 "Nature Physics"(영국 시간)의 온라인 브레이킹 버전에 발표 될 것입니다

에너지 절약 및 환경 친화적 인 정보 기술인 "Green IT"를 실현하기 위해서는 저지방의 구동력이있는 나노 전자 장치 기술을 개발해야합니다 이 중 하나는 전자의 자기 특성 인 바카라 추천을 사용하여 새로운 기능을 개발하는 것을 목표로하는 "Spintronics"입니다 전원을 공급하지 않고 메모리를 저장할 수있는 자석의 비 휘발성 특성을 활용함으로써, 자기 기억의 개발 및 대기 전원이 거의 필요하지 않은 기타 장치가 수행되고 있습니다 예를 들어, 그것은 매우 얇은 절연체가있는 샌드위치 샌드위치터널 자기 적 요소^{참고 4)})는 이제 실제 애플리케이션 단계에 있으며 전원이 꺼지는 경우에도 정보를 잃지 않는 대기 전원이 제로가있는 저전력 메모리 장치입니다

Spintronics의 중요한 기본 기술 중 하나는 공명 현상을 활용하는 바카라 추천의 집단 운동 인 Ferromagnetic 공명입니다 진자가 제대로 흔들리는 것처럼, 동일한 힘이 강하게 흔들릴 수 있습니다 (공명) 동일한 힘을 제대로 조정하더라도 자석 내부의 바카라 추천은 고유 주파수와 조화를 이루어 작은 에너지로 높은 효율적인 모션 제어를 허용합니다 이 공명 현상은 기본 물리학 및 자석 재료를 특성화하는 방법으로 사용해 왔습니다 최근에, 고효율 기능을 활용하여,이 기능은 자기 기록 및 자기 메모리 바카라 추천 반사 보조 기술뿐만 아니라 저 손실 정보 전송 및 논리 요소에 사용하는 것으로 조사되었습니다바카라 추천 웨이브^{참고 5)}ya순수 바카라 추천 현재 노트^{참고 6)}를 생성하는 기술로 점점 더 중요 해지고 있으며 새로운 바카라 추천 장치의 길을 열 가능성이 있습니다

지금까지 외부 배선을 통해 교대 전류를 통과시켜 자기장 (전류 자기장)이 생성되었으며 요소를 통해 전류를 직접 통과시켜 바카라 추천에 작용하는 힘바카라 추천 토크^{참고 7)}등을 사용하여 제어되었지만 둘 다 매우 큰 전류가 필요하므로 Joule 열로 인한 에너지 소비 (저항 손실)가 발생하여 저전력 소비를 제어하기가 어렵습니다

이 문제를 근본적으로 해결하기 위해, 자기장이나 전류보다는 전압을 사용하여 바카라 추천 상태 (방향, 움직임 등)를 제어하여 전력 소비를 줄이는 이상적인 기술로 오랫동안 바람직했습니다 이전에, 방법은 기계적 왜곡을 사용하여 압력을 압력으로 변환하는 Piezo 요소와 자석을 결합하는 장치 또는 자기 특성 및 자기 반도체 및 다중 페로 릭 재료와 같은 전기 특성을 결합한 재료를 사용하는 장치를 조합하는 장치를 제어하려고 시도했습니다 그러나 이러한 장치 중 어느 것도 다음과 같은 실제 장치에 필요한 모든 기능을 충족하지 못했습니다 1 실온에서 작동, 2 솔리드 스테이트 장치에 적용, 3 정보를 반복적으로 쓰기위한 높은 저항, 4 고주파 신호가 입력 될 수 있습니다

최근 몇 년 동안,이 연구 그룹은 철에서 매우 일반적인 금속 자석 재료, 바카라 추천의 방향 (자기 이방성)의 용이성이 전압에 의해 제어 될 수 있음을 발견했습니다 (참조 용지 1) 일반적으로, 전압이 금속 재료에 적용 되더라도 포함 된 전자의 수는 매우 크기 때문에이 효과는 여러 원자 층에서 아이언 필름 두께를 얇게 만들어 차폐 (그러나)이 효과를 분명히 할 수 있습니다 또한,이 기술은 양방향 바카라 추천 반전을 성공적으로 제어하는 ​​데 사용되었습니다 (참고 4 참조) (참조 용지 2) 그리고 마지막으로 남아있는 기본 기술로서, 공명 운동을 제어하기위한 위에서 언급 한 방법의 개발이 필요했다

기울어 진 프레임의 회전 축으로 회전하는 움직임을 세차 또는 스윙 운동이라고하며, 친숙한 방식으로 관찰 될 수있는 물리적 현상입니다 (그림 2 (a) 참조) 힘 (프레임의 경우 중력)이 회전 본체에 적용되는 경우 (= 각 운동량을 갖는) 힘은 작용하여 회전 축이 힘에 수직으로 방향으로 움직입니다 (자이로 효과)

바카라 추천은 각 운동량이기 때문에 (주 1 및 그림 1 참조), 정적 자기장이 외부에서 적용될 때 표면이 프레임처럼 발생합니다 그러나 바닥에 마찰로 인해 프레임이 결국 무너지는 것처럼, 바카라 추천은 결국 자기장 방향으로 박차를 일으켜 다양한 마찰의 영향으로 인해 움직이지 않습니다 따라서, 바카라 추천의 공명 주파수와 동일한 주파수에서 변화하는 고주파 자기장을 적용함으로써, 정적 자기장과 직교적이며, 에너지를받는 에너지를 수용 할 수있다 (그림 2 (b) 참조) 자석의 경우, 많은 수의 바카라 추천이 그룹으로 널리 퍼져 있으며,이 현상은 강자성 공명이라고합니다

위의 예는 자기장으로 인한 공명이지만, 전압 으로이 움직임을 제어하는 ​​방법은 지금까지 알려지지 않았습니다 철과 같은 매우 일반적인 금속 자석에서는 전압과 바카라 추천 사이의 상호 작용이 불가능하다는 것이 일반적인 지식이었습니다 그러나, 자석이 여러 원자 층에 초박형으로 만들어지고 절연 층을 통해 전압이 적용될 때, 전자 궤도 점유 상태는 계면에 축적 된 전자에 의해 변조되어 바카라 추천의 방향을 쉽게 제어 할 수 있음을 발견했다 바카라 추천 방향의 변화는 자기장을 외부 (효과적인 자기장)로부터 적용하는 효과처럼 보입니다

이 연구에서, 우리는 울트라 틴 필름 자석의 바카라 추천의 공명 주파수와 일치하는 고주파 전압을 적용하여 공명 동작이 발생하는지 여부를 조사했다 초트라틴 필름 자석/절연 층/카운터 전극으로 구성된 층화 된 구조에 일치하는 고주파 전압을 적용하여도 3에 도시 된 바와 같이, 펜서 신자 접합 장치를 사용하여 철학적으로 (FECO)를 사용하여 제조되었다 절연 층의 자석, 산화 마그네슘 (MGO) 및 카운터 전극 (FE)의 자석 재료에 대한 철 (Fe) FECO 층 아래에 ​​위치한 금 (AU)은 FECO 층의 바카라 추천을 필름 표면의 수직 방향으로 배향 할 가능성이 더 높아집니다 MGO 필름 두께를 비교적 두껍게 설계함으로써, 우리는 거의 전류 흐름이 없도록 노력했습니다 고주파 신호 발진기로부터 고주파 전압 이이 요소에 적용될 때, 주기적 유효 자기장은 초현속 FECO 층의 바카라 추천에 수직으로 작용한다 결과적으로, 우리는 외부 적으로 적용된 정적 자기장을 중심으로 회전하는 방식으로 공명 운동을 유도하는 데 성공했습니다 (그림 4)

그림 5는 관찰 된 공명 신호의 예를 보여줍니다 또한 외부 자기장 강도에 따라 공명이 발생하는 주파수가 변화하고, 그 거동은 이론적 예측과 잘 일치한다는 것이 확인되었다 (도 5의 삽입 된 다이어그램)

세계에서 바카라 추천 공명 운동이 자석 재료 (금속, 산화물, 반도체 등)의 유형 또는 실험 온도에 관계없이 전압으로 제어되는 것은 이번이 처음입니다 더욱이, 단순히 울트라 얇은 필름을 사용하여 나노 제조 기술을 사용하는 것은 하드 디스크 및 자기 메모리의 자기 헤드와 같은 응용 분야에 이미 사용 된 가장 대표적인 재료와 구조를 성공적으로 입증했으며 적용된 장치에 신속하게 배치 될 것으로 예상되는 것이 매우 중요합니다

다른 연구 (현재 자기장 유형, 바카라 추천 토크 유형)에 사용 된 기술과 비교하여, 현재 자기장 유형은 외부 배선에 전류를 적용하여 생성 된 자기장을 사용하여 나노 스케일 미세 전극에 집중하고 자기장을 적용하기가 어렵습니다 또한, 바카라 추천과 자기장 사이의 상호 작용이 간접적이기 때문에, 자기장을 생성하는 데 사용되는 대부분의 에너지는 낭비되어 매우 높은 전력 소비가 발생합니다 바카라 추천 토크 유형의 경우, 바카라 추천과 전하 사이의 직접적인 상호 작용을 유도하기 위해 직류가 요소에 적용되며, 이는 전류 자기장 유형보다 더 높은 효율을 단일 요소에 집중하고 제어 공명 운동에 집중할 수있게한다 그러나 전류가 사용되는 한, Joule 열로 인한 에너지 손실은 불가피합니다 한편,이 연구에서 개발 된 전압 유형은 단일 요소에 접근 할 수 있으며 바카라 추천 토크 유형의 약 200 번째 전력 소비를 줄일 수 있음이 확인되었습니다 (그림 6)

이 결과에서 개발 된 전압 기반 공진 모션 제어 방법을 사용함으로써 이제는 전력 소비가 적은 마이크로 마그넷의 바카라 추천의 움직임을 제어 할 수 있습니다 이 기술은 자석을 여러 원자 층에 초대화시키는 나노 제조 기술을 통해 가능해졌으며, 중요한 점은 지금까지 응용 프로그램에 사용 된 재료와 구조와 마찬가지로 적용 할 수 있다는 것입니다

현재 하드 디스크는 이제 자기 기록 밀도가 증가함에 따라 큰 자기 이방성을 가진 자석 재료를 사용하고 있습니다 (기록 비트가 작아집니다) 이는 열 에너지로 인해 정보가 손실되는 것을 방지하는 데 필요한 조치이지만 반면에 정보를 작성하려면 큰 자기장이 필요하며 외부 에너지 지원 없이는 제어 할 수없는 상황에 도달했습니다 이에 대한 솔루션 중 하나는 외부에서 고주파 자기장을 적용하여 공명 운동을 유발하여 바카라 추천을 반전하는 데 필요한 자기장을 낮추는 것입니다 (마이크로파 보조 자화 반전) 그러나 현재의 전류 제어는 현재 전류 에너지가 매우 큰 작문 에너지를 초래합니다 우리가 입증 한 고주파 전압을 사용한 공명 제어가 자기 기록 쓰기 프로세스에 도입 될 수 있다면, 원칙적으로 초강력 전력 소비 보조 방법을 제공 할 수있을 것으로 예상되며, 이는 녹음 밀도의 추가 증가에 기여할 것으로 예상됩니다 동일한 원리는 자기 메모리 장치에 적용 할 수 있으며 공진 운동으로 만 바카라 추천 역전에 필요한 에너지를 줄이면 정보가 저 에너지로 선택적으로 작성 될 수 있습니다

한편, 최근 몇 년 동안 새로운 개발이 제안되었으며, 바카라 추천 변동 (바카라 추천 파) 및 바카라 추천 각 운동량 (순수 바카라 추천 전류)의 흐름을 사용한 정보 전송뿐만 아니라이를 사용하는 논리 작동 요소 이러한 기술의 특징은 충전 흐름을 포함하지 않으므로 Joule 열로 인해 손실없이 저 손실 전송을 허용한다는 것입니다 그러나 이러한 흐름을 생성하려면 전류가 필요하며 신호를 생성하려면 많은 양의 에너지가 필요하며 이는 응용 프로그램 개발의 단점입니다 이 연구에서 개발 된 전압 기반 바카라 추천 공명 제어는 저전력 소비 및 소규모 나노 스케일 지역에서 이러한 신호를 생성 할 수 있으며 새로운 바카라 추천 장치의 저전력 소비 구동을 극적으로 촉진 할 것으로 예상됩니다

반도체 필드의 전류 중심 바이폴라 트랜지스터에서 전압 중심 CMO로의 전환이 주요 혁신을 만들어 낸 것처럼, 전압 기반 바카라 추천 제어는 바카라 추천 기반 나노 전자 공학을 녹색 IT로 진정으로 밀어 넣는 데 중요한 기본 기술이 될 것으로 예상됩니다

앞으로는 실제 장치에 적용하는 것을 고려할 것이며, 더 낮은 전압 구동을 목표로 전압에 따라 높은 감도로 바카라 추천 방향을 변화시키는 자석 재료 및 절연 층 재료를 찾고 있습니다

그림 1 : 바카라 추천 각 운동량과 자기 모멘트의 관계

바카라 추천 상태에는 위와 아래로 두 개의 상태가 있습니다 이 바카라 추천 각 운동량은 전자가 작은 영구 자석이 될 수있게합니다 자석의 자기 모멘트 (S 극에서 N 극 방향으로의 벡터로 정의 됨)는이 바카라 추천으로부터 생성되지만, 바카라 추천은 각 운동량이므로 반대 방향입니다 단위 부피당 자기 모멘트를 자화라고하며 자석의 강도를 나타냅니다

그림 2 프레임 및 바카라 추천의 세차

(a) 프레임의 세차 이미지 이것은 회전 축이 자이로 효과로 인해 수직 축을 주위로 회전하는 현상입니다
(b) 바카라 추천 세차의 가상 다이어그램 (직관적 인 이해를 용이하게하기 위해, 바카라 추천을 향한 자화 방향 (S 극으로)은 빨간색 화살표로 표시됩니다 (주 1 참조) 정적 자기장 하에서, 바카라 추천의 공명 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 자기장을 적용하면 고주파 자기장의 에너지를 효율적으로 흡수하여 공명으로 인해 정상 세차를 유발합니다

그림 3 전압에 의한 바카라 추천 공명 운동 제어의 개념적 다이어그램

울트라 얇은 필름 자석/절연 층/카운터 전극으로 구성된 접합 구조에서, 고주파 전압이 초현속 필름 자석과 카운터 전극 사이에 적용될 때, 초현대 필름 자석의 바카라 추천은 주기적으로 효과적인 자기장 (노란색 화살표)에서의 변동을 나타낸다 따라서, 바카라 추천의 공명 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 적용함으로써, 공명으로 인한 효율적인 세차는 정적 자기장에서 발생할 수있다

그림 4 실험에 사용 된 요소 및 측정 회로의 개략도

그림 3에서 설명 된 원리에 따르면, 고주파 전압이 고주파 신호 송신기를 사용하여 터널 접합 요소에 적용될 때, 울트라 얇은 Feco 층의 바카라 추천에서 공명 운동이 발생합니다 (자화는 위 다이어그램의 화살표로 표시됩니다) DC 전압은 자기 저항 효과에 의해 야기 된 원소 저항의 시간적 변화와 소량으로 원소에서 흐르는 터널 전류로 인해 생성되기 때문에, 요소의 양쪽 끝에 생성 된 DC 전압을 측정함으로써 전기 신호로서 공진 운동을 감지 할 수있다

그림 5 전압을 사용한 공명 운동 제어 감지의 예

이 연구에서 관찰 된 공명 신호의 예 다양한 강도의 자기장 하에서, 특정 주파수에서 분산 신호가 관찰되어 공명 운동이 발생했음을 확인했다 그림 다이어그램은 외부 자기장 강도에 대한 공명 주파수의 의존성에 대한 실험 데이터 (검은 점) 및 이론적 예측 (빨간색 선)을 보여줍니다

*전력 소비는 100 x 100 nm 단면2의 마이크로 마그네트에서 1 도의 동요 각도의 공명 운동을 유발하는 데 필요한 에너지로 변환됩니다 그림 6 : 전류 (현재 자기장 및 바카라 추천 토크) 및 전압을 사용하여 공명 운동 제어를위한 장치 스케일링 및 전력 소비 비교 테이블

전류 자기장을 사용한 제어 방법은 배선 주위에 생성 된 자기장을 사용하여 단일 요소에 집중하고 자기장을 적용하기가 어렵고 전력 소비가 높습니다 바카라 추천 토크 유형의 경우 요소로의 직류 흐름으로 인해 발생할 수 있으며, 단일 요소에 쉽게 접근 할 수 있으며 전력 소비는 전류 자기장에 비해 낮지 만 Joule 열로 인한 에너지 손실은 불가피합니다 이번에 개발 한 전압 제어는 단일 요소 및 저전력 소비에 대한 접근성을 동시에 만족시키는 이상적인 방법입니다

이 결과는 오사카 대학교 기본 공학 대학원의 Suzuki Yoshishige 교수와의 공동 연구를 통해 얻었으며 실험은 주로 Osaka University에서 수행되었습니다

“초박형 강자성 금속 층에서 전기장 유도 강자성 공명 흥분”
(초대형 강자성 금속 층의 전자기 공명 여기)

<참조 용지 1>
“철의 일부 원자 층에서 큰 전압으로 인한 자기 이방성 변화”
(여러 원자 층 Fe에서 전압으로 인한 자기 이방성 변화)
t Maruyama, Y Shiota, T Nozakiet alNature Nanotechnology4, 158 (2009)
관련 자료http : //wwwsuzukiylabmpesosaka-uacjp/top/090116presspdf (pdf : 319kb)

<참조 용지 2>
“전압 펄스를 사용하여 몇 가지 원자 층의 원자 층에서 일관된 자화 스위칭의 유도”
(여러 원자 층의 펄스 전압 유발 코 히어 런트 자화 역전
y 시오타, T 노자키et al자연 재료11, 39 (2012)

기준 다이어그램 : 터널 자기 적 요소의 개략도 절연체 위와 아래에 위치한 자석이 평행하고 항구 평행 할 때 저항 값이 다릅니다

◆ 참고 1) 바카라 추천

전자의 각 운동량을 표현하는 내부 자유도 중 하나이며, 이력으로 인해 회전 운동으로 묘사 된 바카라 추천 (각 운동량)이라고 불렀습니다 바카라 추천 상태에는 위와 아래로 두 개의 상태가 있습니다 이 바카라 추천 각 운동량은 전자가 작은 영구 자석이 될 수있게합니다 이러한 바카라 추천을 배열함으로써, 영구 자석이 생성되고, 배열을 제어함으로써 자기 기록이 수행된다[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 2) spintronics

반도체를 사용하는 종래의 전자 장치에서, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 다양한 장치가 전자의 "전하"특성 만 사용하여 개발되었습니다 Spintronics는 전자 및 전하의 자석 특성 인 전자 제품에 대한 바카라 추천 (주 1 참조)을 도입하여 이전 기술로 달성 할 수없는 기능을 갖춘 새로운 장치를 만드는 것을 목표로합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 3) Joule Fever

저항을 통해 흐르는 전류에 의해 생성 된 열 또한 히터와 같은 Joule 열을 적극적으로 사용하는 전기 기기도 있지만, 에너지 입력이 원래 목적으로 불필요한 열로 에너지 입력이 손실되기 때문에 전자 장치에서 문제가됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 4) 터널 자석성 요소

몇 나노 미터의 필름 두께를 갖는 자석/절연체/자석으로 구성된 접합 구조이며, 전압이 요소의 양쪽 끝에 적용될 때, 작은 터널 전류는 양자 기계적 효과로 인해 절연체를 통한 흐릅니다 터널 전류의 흐름의 용이성은 양쪽의 자석 바카라 추천 바카라 추천의 상대적 각도에 따라 크게 다릅니다 (터널 마그네상 레지 저항 효과), 일반적으로 반 전직 합의가 배열 될 때 평행하고 높은 저항이 낮을 때 바카라 추천은 저항이 낮습니다 이 현상은 하드 디스크 드라이브 및 자기 메모리 요소를 읽는 데 자기 헤드에 사용됩니다 자기 메모리에서, 정보 처리는 병렬로 상단 및 하부 자석의 바카라 추천을 반응 적으로 수행함으로써 수행되며, 안티 파란 엘은 디지털 정보의 "0"및 "1"에 해당하므로 하나의 자석의 바카라 추천만이 외부 입력 (자기장, 바카라 추천 토크, 전압 등)에 의해 반전되어 정보를 쓰기 위해 (아래의 바카라 추천 반전 제어 : 아래 다이어그램 참조)[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 5) 바카라 추천 웨이브

이것은 바카라 추천의 세차가 바카라 추천 또는 자기 쌍극자 상호 작용 사이에 작용하는 교환 상호 작용에서 비롯된 위상 이동으로 자석을 통해 전파되는 현상입니다 충전 전송없이 정보 전송 및 파도의 특성 인 단계를 사용하는 로직 작업과 같은 새로운 장치에서 사용되는 것으로 간주되고 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 6) 순수 바카라 추천 전류

이 현상은 바카라 추천 각 운동량 만 전하 흐름없이 흐르면 ​​반대 방향으로 흐르는 동일한 수의 상향 및 하향 바카라 추천을 초래할 때 발생합니다 전하 전달이 없기 때문에, 저 손실 정보 전송은 Joule 열로 인해 에너지 소산없이 가능할 것으로 예상됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 참고 7) 바카라 추천 토크

전류가 터널 접합 요소와 같은 접합 구조를 통과 할 때, 전도성 전자는 한쪽의 한 자석의 바카라 추천 정보를 유지하면서 다른 자석으로 흐릅니다 (바카라 추천 주입) 흐르는 바카라 추천은 다른 자석의 바카라 추천과 상호 작용하여 힘을주고 (토크),이 현상은 바카라 추천 반전 및 세차의 흥분을 제어하는 ​​데 사용될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]