محققان نشان دادند

تحولی در حوزه فناوری اطلاعات با استفاده از نقاط کوانتومی

به تازگی محققان نشان دادند که می‌توان با استفاده از نقاط کوانتومی تحولی در حوزه فناوری اطلاعات ایجاد کنند.

کد خبر: ۹۳۱۲۷۰

دوشنبه - ۱۳ ارديبهشت ۱۴۰۰ / May 03, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، الکترون‌ها دارای بار منفی هستند و همچنین ویژگی دیگری به نام اسپین نیز دارند. اسپین‌ها می‌توانند در پیشرفت فناوری اطلاعات نقش اساسی داشته باشند. ممکن است در آینده بتوان از چرخش الکترون برای پردازش اطلاعات در کامپیوتر‌های کوانتومی استفاده کرد. به تازگی محققان نشان دادند که می‌توان از نقاط کوانتومی در اسپین‌ترونیک استفاده کرد و این نقاط را برای پردازش اطلاعات به کار برد.

نقاط کوانتومی موجود در نانو ساختار اپتواسپین‌ترونیک از جنس آرسنید ایندیم (InAs) است. هر نقطه کوانتومی در حدود ۱۰۰۰۰ برابر کوچکتر از ضخامت موی انسان است.

مدت‌هاست که هدف دانشمندان این است که بتوانند از فناوری اطلاعات کوانتومی مبتنی بر چرخش الکترون در دمای اتاق استفاده کنند. محققانی از سوئد، فنلاند و ژاپن به تازگی یک قطعه نیمه هادی ساخته‌اند که با آن می‌توان اطلاعات را به‌طور موثر با چرخش الکترون و نور در دمای اتاق و حتی بالاتر مبادله کرد.

اسپین‌ترونیک به‌عنوان یکی از گزینه‌های توسعه فناوری اطلاعات در آینده است. از این ویژگی کوانتومی الکترون برای ذخیره، پردازش و انتقال اطلاعات می‌توان استفاده کرد. اسپین‌ترونیک مزایای مهمی از جمله سرعت بالاتر و مصرف انرژی کمتر از الکترونیک رایج را به همراه دارد.

تحولات در اسپینترونیک در دهه‌های اخیر مبتنی بر استفاده از فلزات بوده است. با این حال، استفاده از اسپینترونیک مبتنی بر نیمه‌هادی‌ها، مزایای مختلفی دارد.

ویمین چن استاد دانشگاه لینکوپینگ در سوئد می‌گوید: «یک مزیت مهم اسپینترونیک مبتنی بر نیمه‌هادی، امکان تبدیل اطلاعاتی است که توسط حالت اسپینی بوده و آن‌ها را می‌توان به نور انتقال داد. این فناوری به‌عنوان اپتواسپین‌ترونیک شناخته می‌شود. این فناوری امکان ایجاد یکپارچه‌سازی پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات براساس چرخش با انتقال اطلاعات از طریق نور را فراهم می‌کند.»

از آنجا که الکترونیک مورد استفاده امروزه در دمای اتاق و بالاتر کار می‌کند، یک مشکل جدی در توسعه اسپینترونیک این بوده که الکترون‌ها تمایل دارند هنگام افزایش دما، تغییر مسیر دهند. این به آن معنی است که اطلاعات کد شده توسط حالت‌های چرخش الکترون از بین می‌رود یا مبهم می‌شود. بنابراین، یک شرط لازم برای توسعه اسپینترونیک مبتنی بر نیمه‌هادی آن است که می‌توان اساساً همه الکترون‌ها را به حالت چرخش یکسان هدایت و آن را حفظ کرد. تحقیقات قبلی به بالاترین قطبش چرخش الکترون حدود ۶۰ درصد در دمای اتاق دست یافته بود که برای کاربرد‌های عملی در مقیاس بزرگ قابل استفاده نیست.

محققان این پروژه موفق شدند به قطبش چرخش الکترون در دمای اتاق بیش از ۹۰ درصد برسند. قطبش چرخش حتی در دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد نیز در سطح بالایی باقی می‌ماند.

نقاط کوانتومی آرسنید ایندیم (InAs) دارای لایه‌ای از آرسنید نیتروژن گالیم (GaNA) به‌عنوان فیلتر چرخش هستند محققان معتقدند که این امر می‌تواند ادغام اسپینترونیک با اجزای الکترونیکی و فوتونیکی موجود را آسان کند.

می‌توان چرخش الکترون را هنگامی که الکترون در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت در اطراف محور خود می‌چرخد، تصور کرد، به همان روشی که زمین به دور محور خود می‌چرخد. دو جهت چرخش «بالا» و «پایین» نامیده می‌شوند. در فناوری الکترونیکی که امروزه استفاده می‌شود، از بار الکترون برای نشان دادن ۰ و ۱ استفاده می‌شود و از این طریق اطلاعات را حمل می‌کند. به روشی متناظر، می‌توان اطلاعات را در اسپینترونیک با استفاده از حالت چرخش الکترون نشان داد.