Egy évszázadokkal ezelőtt kikevert mesterséges festékanyag lehet a kulcs a jövő csipjeinek előállításában – legalábbis ezt állítja a Washington Állami Egyetem néhány kutatója, akik szerint a kobaltzöldként ismertté vált anyag közelebb hozhatja az ún. spintronikus csipek megjelenését. Ezek elméletben sokkal gyorsabban működhetnének, miközben jóval kevesebb hőt termelnének, mint a mai áramkörök.
A mai csipek tranzisztorokat tartalmaznak, ezeket pedig elektromos áram vezérli. Azonban a lapkák méretének zsugorításával – mely évtizedek óta a teljesítmény növelésének egyik módja – egyre nő az áramkörök hőtermelése, ami már jó ideje komoly fejtörést okoz a félvezetőgyártóknak, idővel pedig a fejlődés gátjává válhat. A kutatók szerint e problémákra a spintronika („spinalapú elektronika”) jelenthet megoldást. A „spin” az elemi részecskék belső impulzusmomentumát jelenti, melynek a mágneses térrel azonos vagy ellentétes irányú, lefelé vagy felfelé mutató állapota megfeleltethető a tranzisztor be- vagy kikapcsolt állapotának, a bináris 0 vagy 1 értékeknek. A spintronika célja olyan félvezetők kifejlesztése, amelyben kontrollálható az elektronok mágnesessége.
Ahhoz, hogy a spintronikus csipek használhatóak legyenek, a félvezetőt mágnesezni kell és el kell érni, hogy mágneses tulajdonsága szobahőmérsékleten is fennmaradjon. A kutatók szerint ilyen anyag legegyszerűbben úgy állítható elő, ha a hagyományos félvezetőket – mint amilyen a szilícium – mágneses elemekkel „szennyezik”. Eddig azonban az erre irányuló kísérletek csak rendkívül alacsony, -200 Celsius-fok körüli hőmérsékleten hoztak eredményt, a mágneses tulajdonságok ennél melegebb környezetben elvesztek.
Eddig nem festett jól
A kobaltzöld festék azonban segíthet. „A tesztelt anyagok újdonsága, hogy szobahőmérsékleten is megtartják mágneses tulajdonságaikat” – magyarázza Daniel Gamelin professzor, a projektben részt vevő egyik kutató. A kobaltzöld – vagy Rinmann-féle zöld – festéket kobalt és cink-oxid elegyítésével még 1780-ban alkotta meg Sven Rinmann svéd kémikus. A félig átlátszó festék azonban nem nyerte el a művészek tetszését, sosem lett népszerű, részben mert drága volt, részben pedig viszonylag erőtlen volt a színe is. Több mint két évszázad kellett ahhoz, hogy valódi értelmet nyerjen a festék létrehozása, még ha az alkotó szándékaitól oly távoli területen is.
MRAM csip az IBM-től
A mesterséges festék teszteléséhez a kutatók úgy szennyezték a cink-oxidot – amely maga is egy egyszerű félvezető – , hogy egyes cinkionokat kobaltionokkal helyettesítettek. A kobaltionokat aztán úgy polarizálták, hogy az anyagot cinkgőzzel kezelték, amitől az mágnesesé vált. A kutatók azt tapasztalták, hogy a félvezető mágneses tulajdonsága szobahőmérsékleten is megmaradt – igaz, amikor tovább melegítették, elveszítette mágnesességét. Gamelin professzor szerint e korai eredmények mégis rendkívül ígéretesek, bár az eljárás messze van még a gyakorlati hasznosíthatóságtól. A következő lépés most az, hogy a csipgyártásban alkalmazott szilíciummal is ki kell próbálni.
A spintronikus csipekre tehát még várni kell. A szintén spintronikai alapokra épülő mágneses memória (MRAM) nem kevesebb, mint tíz éve csiszolódik, és csak nemrég jutott el a kereskedelmi bemutatkozás küszöbére. Létezik azonban már olyan spintronikai megoldás is, amely mindennapjaink részévé vált: az óriás mágneses érzékenységű (GMR) technológiának köszönhetően a merevlemezek adatsűrűsége negyvenszeresére növekedett az elmúlt hét évben. Az első GMR-fejjel ellátott diszket 1997-ben az IBM mutatta be.
