Co to jest półprzewodnik magnetyczny?

Półprzewodnik magnetyczny jest rodzajem substancji, która jest zarówno półprzewodnikowa, jak i ferromagnetyczna. Magnetyczne materiały półprzewodnikowe wytwarzają siły przyciągania podobne do sił normalnego magnesu. Większość ferromagnesów, takich jak żelazo, bardzo przewodzi prąd elektryczny; półprzewodnik magnetyczny nie jest jednak ani całkowicie przewodzący, ani czysto odporny. Ta unikalna kombinacja właściwości przewodzących i magnetycznych sprawia, że ​​materiał jest użyteczny w nowszych typach komputerów.

Badanie półprzewodników magnetycznych rozpoczęło się w latach 70. i 80. XX wieku. W tym czasie naukowcy zaobserwowali kilka nieznanych zachowań elektrycznych w metalach i półprzewodnikach. Obserwacje zjawiska półprzewodników magnetycznych doprowadziły do ​​teorii „spintroniki”. Ta rozwijająca się dziedzina informatyki umożliwia sterowanie zarówno ładunkiem, jak i kierunkiem obrotu elektronu. Podczas gdy tradycyjny półprzewodnik, taki jak tranzystor, może kontrolować tylko ładunki elektryczne, półprzewodnik magnetyczny zapewnia bardziej precyzyjną manipulację stanem elektronu.

Komputery zwykle używają półprzewodników i elektromagnesów do oddzielnych funkcji. Do przetwarzania i obliczeń stosuje się materiały półprzewodnikowe, takie jak chipy krzemowe. Materiały elektromagnetyczne są często używane do przechowywania danych, na przykład na dyskach twardych. Przesyłanie danych z procesora półprzewodnikowego do pamięci magnetycznej nie jest jednak natychmiastowe. Ten czasochłonny transfer danych jest często widoczny, gdy komputer jest uruchamiany i system operacyjny jest ładowany.

Przy użyciu spintroniki półprzewodnik magnetyczny wyeliminowałby ten bufor i radykalnie zwiększyłby prędkość komputerów. Ten rodzaj materiału łączy funkcje przechowywania magnetycznego i przetwarzania półprzewodnikowego oraz umożliwia manipulowanie i przechowywanie informacji na tym samym układzie scalonym. Magnetyczny komputer półprzewodnikowy można uruchomić natychmiast, ponieważ nie ma potrzeby ładowania danych z oddzielnego urządzenia pamięci masowej.

Temperatura jest jednym z głównych wyzwań w budowaniu magnetycznych urządzeń półprzewodnikowych. Materiały zwykle wykazują zarówno zachowanie magnetyczne, jak i półprzewodnikowe w bardzo niskich temperaturach; jest to znaczący problem, ponieważ komputery muszą być w stanie działać w temperaturze pokojowej, aby były praktyczne. Wielu naukowców eksperymentuje z kombinacją różnych substancji, aby stworzyć materiał, który jest ferromagnetyczny i półprzewodnikowy w temperaturach nominalnych.

Materiały te mają inne możliwe zastosowania oprócz urządzeń komputerowych. Półprzewodniki magnetyczne mogą być przydatne w tworzeniu bardzo dokładnych czujników. Nowe czujniki mogą wykrywać i przechowywać ważne informacje na jednym urządzeniu. Rozwój tej technologii może być również wykorzystany do wydajnych i precyzyjnych laserów, które mogą być przydatne w medycynie.