Genom att dra nytta av egenskaper hos en rad nya tvådimensionella kvantmaterial hoppas forskarna inom EU-projektet 2DSPIN-TECH bana väg för betydligt snabbare och mer energieffektiva datorminnen. – Det här är av yttersta vikt för framtida användning av informationsteknologier, säger Saroj Dash, koordinator för 2DSPIN-TECH.
I förra veckan hölls kickoffen för det nystartade EU-projektet 2DSPIN-TECH som med 40 miljoner i finansiering och sju partners ska bidra till utvecklingen av nästa generations minnesteknologier. Projektet löper på tre år och genomförs inom ramarna för EU:s Graphene Flagship, en mångmiljardsatsning som kastade loss för drygt tio år sedan i syfte att stimulera forskning och innovation inom grafen och andra tvådimensionella material.
– Vår ambition är att ta fram nya spintroniska minnesenheter baserade på tvådimensionella kvantmaterial som kan bidra till att minska energiförbrukningen betydligt, främja hållbarhet och förbättra den övergripande prestandan för datorminnen. Det är av yttersta vikt för framtida användning av informationsteknologi, säger Saroj Dash, professor i kvantkomponentfysik och koordinator för 2DSPIN-TECH.
Stort behov av ny minnesteknologi
Inom några årtionden förväntas hanteringen av digital data som behöver lagras, bearbetas och kommuniceras stå för över 30 procent av världens totala energiförbrukning. Framväxten av artificiell intelligens, ”the internet of things” och autonoma fordon har skapat en stor efterfrågan på snabb datahantering och nya universella minneslösningar med förbättrad hastighet, stabilitet och energieffektivitet.
- Mer specifikt ser vi en växande efterfrågan på universella datorminnen eftersom de enheter vi har idag inte kan hantera olika operationer samtidigt på ett effektivt sätt. Just nu behöver man kompromissa; antingen är de långsamma men har en hög minneskapacitet, eller så är de snabba men har lägre minneskapacitet, säger Saroj.
Ska övervinna problematisk kompromiss
Och här kan 2DSPIN-TECH:s forskning inom just spintronisk teknologi gjord av atomtunna tvådimensionella kvantmaterial spela en viktig roll. Spintronisk teknologi har visat sig kunna bana väg för minnesenheter som är snabbare, mindre flyktiga, drar mindre ström och håller längre – och har därmed potential att kunna användas inom en rad industrier inom bara ett par år.
– Hastigheten och icke-volatiliteten gör dessa slags enheter idealiska för den moderna fordonsindustrin som ställer höga krav på säkerhet. Flera halvledarföretag har också framgångsrikt börjat producera sådana spintroniska minnesenheter för fordonsbranschen och autonoma system, förklarar Saroj.
De material som hittills har använts på området begränsar dock den spintroniska teknologins prestanda och energieffektivitet, vilket gör att de inte kan leva upp till de universella minneskraven för datorer och mobiltelefoner.
Kombinerar egenskaper hos nya tvådimensionella kvantmaterial
Projektets mål framöver är att skapa en prototyp av en spintronisk minnesenhet genom att kombinera potentialen av de bästa funktionerna hos en rad nya tvådimensionella kvantmaterial. Utmaningen här ligger i själva tillverkningen av de tvådimensionella heterostrukturenheterna och i utformningen av gränssnittet dem emellan.
– I vårt arbete kommer vi att fokusera på att försöka manipulera egenskaperna hos 2D-heterostrukturerna för att kunna kontrollera kvanteffekterna vid gränssnittet. Målet är att vi ska få en djup förståelse för de grundläggande interaktionerna vid gränssnittet, så att vi kommer förbi den här utmaningen och kan skapa en magnetisk minnesenhet, förklarar Saroj.
- Biträdande professor, Kvantkomponentfysik, Mikroteknologi och nanovetenskap