在我的大學(xué)，我們不需要學(xué)習(xí)量子力學(xué)。它背后的整個(gè)前提是你永遠(yuǎn)不會(huì)真正“知道”任何東西，只有正確的概率？這對(duì)我來(lái)說(shuō)聽起來(lái)有點(diǎn)傻。然后我進(jìn)入了高級(jí)電磁學(xué)和信號(hào)處理，不得不處理更多沒(méi)有意義的數(shù)字。我很高興有些人決定參加這門課程，因?yàn)樗麄兪墙裉煸诹孔蛹夹g(shù)方面取得突破的人。一些研究人員最近發(fā)表了一篇論文詳述了他們?cè)谧孕娮訉W(xué)或自旋電子學(xué)中的發(fā)現(xiàn)。他們的啟示可能為實(shí)際的自旋電子設(shè)備鋪平了道路，比如記憶。這種存儲(chǔ)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，如非揮發(fā)性和超低功率操作。這些資產(chǎn)可以使其成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等嵌入式應(yīng)用的理想選擇，并使其成為閃存的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

Spin Wave Technology

在我們進(jìn)入最近的突破之前，我們需要了解自旋波技術(shù)究竟是什么。然后我們可以談?wù)勥@些研究人員究竟發(fā)現(xiàn)了什么。

傳統(tǒng)電子產(chǎn)品使用電子電荷來(lái)存儲(chǔ)信息和執(zhí)行操作。晶體管具有開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)它們通過(guò)電流時(shí)會(huì)發(fā)生變化。自旋電子學(xué)也使用電子，但他們使用旋轉(zhuǎn)來(lái)存儲(chǔ)信息，而不是使用它們的電荷特性。電子自旋有兩種狀態(tài)，可以通過(guò)測(cè)量它們輻射的微小磁場(chǎng)來(lái)辨別。研究人員一直在研究如何利用這些自旋狀態(tài)來(lái)取代基于晶體管的電子設(shè)備。

新加坡國(guó)立大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近在自旋波方面取得了一些重大進(jìn)展。顯然，困擾自旋波電子學(xué)的問(wèn)題之一是波信號(hào)是各向異性的，這意味著它們?cè)诓煌较蛏献兓?。?a target="_blank">Adekunle Adeyeye教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員使用了一種新穎的結(jié)構(gòu)，允許他們同時(shí)在多個(gè)方向傳播相同的信號(hào)。該配置不需要外部磁場(chǎng)，這使其更容易實(shí)現(xiàn)。此前，這些相同的工程師發(fā)現(xiàn)了一種在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的情況下傳輸和操縱自旋波信號(hào)的方法。結(jié)合起來(lái)，這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)可以讓我們更接近自旋電子設(shè)備。

電子可能是下一個(gè)晶體管。

自旋電子學(xué)的優(yōu)勢(shì)

僅僅因?yàn)槟承〇|西是新的并不一定意味著它是有用的，那么自旋波技術(shù)帶來(lái)了什么呢？自旋電子學(xué)具有多種優(yōu)勢(shì)，可以很好地用于存儲(chǔ)器應(yīng)用。它們具有超低功耗，非易失性，可以使用簡(jiǎn)單的材料來(lái)存儲(chǔ)信息。

超低功耗 - 晶體管需要電流才能改變其狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)狀態(tài)很容易使用更少的能量翻轉(zhuǎn)，并且不需要電流來(lái)切換狀態(tài)。

非易失性 - 閃存變得如此受歡迎的一個(gè)原因是它快速且非易失性。這意味著它可以無(wú)需電源存儲(chǔ)信息。自旋電子學(xué)不依靠電流或電荷來(lái)維持其位置。一旦電子自旋向上或向下，它就會(huì)一直保持這種狀態(tài)直到被改變，使其變得不易揮發(fā)。

材料 - 雖然我們可能不經(jīng)?？紤]材料，但許多半導(dǎo)體用于電子產(chǎn)品是非常專業(yè)的?？梢杂描F，銅或鋁等材料測(cè)量旋轉(zhuǎn)。這可能意味著存儲(chǔ)器件由更便宜的材料制成，并且可以用于設(shè)計(jì)。

雖然本文主要關(guān)注存儲(chǔ)，但值得一提的是，自旋波技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理也很有用。自旋電子學(xué)的本質(zhì)使其在處理信號(hào)和執(zhí)行傅立葉變換等操作方面具有一定的計(jì)算優(yōu)勢(shì)。

物聯(lián)網(wǎng)將需要低功耗存儲(chǔ)器以實(shí)現(xiàn)分散的低功耗傳感器。

磁存儲(chǔ)器應(yīng)用

自旋波存儲(chǔ)器，也稱為磁存儲(chǔ)器，已有多種應(yīng)用等待其技術(shù)實(shí)現(xiàn)。最需要它的市場(chǎng)是物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)正處于爆炸性增長(zhǎng)的尖端。我們的家用電器不僅變得聰明，汽車，城市甚至家庭也都變得聰明。物聯(lián)網(wǎng)將看到傳感器散布在大片區(qū)域，并通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和解釋。這些遙遠(yuǎn)的傳感器每年都不會(huì)獲得新電池，因此它們需要超低功耗存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)它們收集的信息。這就是為什么這么多公司正致力于開發(fā)超低功耗閃光燈的原因。它將成為這些網(wǎng)絡(luò)的選擇存儲(chǔ)解決方案。

磁存儲(chǔ)將是閃存產(chǎn)品的一個(gè)很好的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。公司不得不做多年的研究才能將閃光燈推向超低功率水平。自旋波存儲(chǔ)器將從該級(jí)別開始，并且可能會(huì)得到改善。自旋電子學(xué)也使用更容易獲得的材料，這可以使它們比使用專用半導(dǎo)體的傳統(tǒng)存儲(chǔ)器更便宜。

市場(chǎng)已經(jīng)準(zhǔn)備好并等待自旋波技術(shù)。像新加坡這些研究人員所做的突破使這項(xiàng)技術(shù)更加接近。很快我們就不會(huì)想到我們?cè)诟呒?jí)量子物理課程中學(xué)習(xí)，他們會(huì)將我們的飲食習(xí)慣存儲(chǔ)在我們的智能叉中。

將自旋電子學(xué)結(jié)合到你的電路中并不容易任務(wù)。為了做得好，您將需要用于集成下一代設(shè)計(jì)技術(shù)的軟件，如AltiumDesigner?。它擁有大量的PCB工具，可以幫助您將未來(lái)技術(shù)融入您的設(shè)計(jì)中。