05/03/2013 - Fortschritte bei der Lärmüberwachung bei elektronischen Informationsübertragungen

Menéame

Eine Studie über Autonome Universität Madrid Die Lärmüberwachung, die die elektronische Übermittlung von Informationen betrifft, hat erhebliche Fortschritte erzielt. Dieses Geräusch - oder unerwünschte Veränderung eines Signals - war das größte Hindernis, das bisher die Spintron, eine neue Technologie, die radikale Auswirkungen auf die Massenspeichergeräte.

Espintronica ist eine aufstrebende Technologie, die sich radikal auf die Mikroprozessoren der Zukunft auswirken kann, da sie eine größere Flexibilität bei der Verarbeitung und Übermittlung von Informationen ermöglicht. Auf der Basis dieses neuen Zweiges der Elektronik befindet sich die Möglichkeit, nicht nur die Elektronen zu kontrollieren, sondern auch ihren Sphin, der eine für Magnetismus empfängliche physische Eigenschaft ist.

Die MAGNETRANS-Gruppe der Autonomen Universität Madrid (UAM), die sich auf Spintronik spezialisiert hat, hat vor kurzem gezeigt, dass es möglich ist, über ein externes Magnetfeld die grundlegenden Geräusche zu kontrollieren, die die Übertragung von Informationen auf spintronischen Geräten beeinflussen.

Diese Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physical Review Letters vorgestellt wurden, stellen einen wichtigen Fortschritt dar, denn bisher war es nur möglich, die Geräusche (ungewollte Veränderung eines Signals) durch eine Änderung der Geräte selbst zu kontrollieren.

Insbesondere gelang es der Studie zum ersten Mal, das intrinsische Geräusch in einer Art von Geräten, die den Strom durch das Phänomen "Tunneleffekt" ermöglichen, extern zu kontrollieren.

Elektronischer Lärm im Quantentunnel

Der Fluss von Photonen (Lichtwerte) oder Elektronen (Lastwerte) ist die grundlegende Grundlage für Computer- und Telekommunikationssysteme. Seit fast hundert Jahren ist bekannt, daß dieser Strom ein intrinsisches Geräusch hat, das als Feuergeräusch bezeichnet wird.

Dieses Geräusch tritt auf, weil in jedem Augenblick der Zeit die Anzahl der Elektronen oder Photonen, die durch eine Struktur geht, nicht genau die gleiche ist. Das heißt, die Zeit zwischen dem Durchgang eines Teilchens und dem nächsten ist völlig zufällig, was zu Schwankungen im Signal führt.

El Studie Die UAM verwendete Strukturen, die als "magnetische Tunnelverbindungen mit Doppelbarriere" bekannt sind. Tunnelverbindungen, die als Magnetsensoren auf Festplatten verwendet werden, bestehen aus ferromagnetischen (magnetischen) Terminals, die durch eine Schicht aus nanometrischem Isoliermaterial getrennt werden können.

Diese Strukturen ermöglichen den Übergang des elektrischen Stroms durch das Phänomen 'Tunneleffekt' oder 'Quantikumtunnel'. Dieses geschieht, wenn ein Elektron oder ein anderes Teilchen ein Hindernis durchdringt, das - nach klassischer Physik - unüberwindbar ist.

"Die in der Forschung verwendeten Doppeltunnelverbindungen bestehen aus drei ferromagnetischen Elektroden, die voneinander durch Isolierwände getrennt sind. Sie sind wie zwei Resistenzen, die auf Serienmagnete reagieren. Die Strukturen zeigen vier Widerstandszustände, die durch die Dicken sowohl der Elektroden als auch der Barrieren definiert sind, so dass die Geräusche in jedem einzelnen Staat kontrolliert werden können," erklärt Farkhad Aliev, Professor der UAM und Unterzeichner des Artikels.

Das Experiment

Um das Verhalten des Schießgeräuschs auf der Grundlage eines aufgetragenen Magnetfeldes zu untersuchen, nutzten die Forscher den Faktor Fano (F). Dieser Koeffizient vergleicht das mit einer bestimmten Spannung verbundene Auslösegeräusch mit dem Wert, der erzielt würde, wenn diese Spannung auf eine konventionelle Tunnelverbindung angewandt würde.

Das Experiment wurde in einem kryogenen Gerät bei einer Temperatur von 0,3 Grad über der absoluten Null (ca. -272 °C) durchgeführt, wodurch der thermische Beitrag des Lärms beseitigt wurde.

In der Abbildung kann man beobachten, wie der Wert des Shootergeräuschs vom aufgetragenen Magnetfeld und damit vom Widerstandszustand der Probe abhängt. In der Abbildung 3 beispielsweise ist der Lärmwert deutlich niedriger als in den übrigen Fällen.

Die gewonnenen empirischen Daten wurden mit Theorien verglichen, die von Mitarbeitern der Universitäten Poznan und Rzesov (Polen) entwickelt wurden, wobei man die Zeit abschätzen konnte, während der der Elektron-Spion in den vorhandenen Anlagen unverändert bleibt: eine wichtige Datenquelle für die Gestaltung der spintronischen Komponenten.

Die Arbeit wurde von dem Prädoktoren-Forscher Johannes Pedro Cascales unter der Leitung von Farkhad Aliev, beide gehören zur Gruppe MAGNETRANS der Abteilung für Physik der kondensierten Materie der UAM. Zusätzlich zu den genannten polnischen Institutionen wurden diese Forscher von der Universität Nancy (Frankreich) bei der Herstellung der für das Experiment verwendeten Geräte unterstützt.

Abbildung 1.In der Abbildung wird gezeigt, wie der Widerstand (rote Kurven) mit dem Magnetfeld abhängt, wo drei unterschiedliche Widerstandszustände zu sehen sind. Der Faktor Fano (blaue Punkte) und damit das Schießgeräusch hängen vom magnetischen Zustand ab, und es wird festgestellt, dass die Schwankungen in Zustand 3 geringer sind. Die Zeichnung stellt intuitiv den Stromdurchlauf durch die Struktur dar, wo ein weniger zufälliges (oder weniger lautes) Signal in Status 3 erzielt werden würde.

Bild (UAM-Quelle)

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Bibliographische Referenz:

J. P. Cascales, D. Herranz, F. G. Aliev, T. Szczepański, V. K. Dugaev, J. Barnaś, A. Duluard, M. Hehn, and C. Tiusan. Controlling Shot Noise in Double-Barrier Magnetic Tunnel Junctions. Phys. Rev. Lett. 109, 066601 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.066601

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