جاذبه مغناطيسى
ريزتراشه هاى نيمه رساناى رايج، براساس نظريه هاى كلاسيك الكترومغناطيس _ كه به قرن 19 برمى گردد _ عمل مى كنند. به طور خلاصه، يون هاى سريع به ورقه هاى سيليكونى مى خورند و جزيره هاى كوچكى كه مازاد يا كمبود الكترون دارند به وجود مى آورند. ولتاژهايى كه با الكترودهاى ميكروسكوپى واقع در اطراف اين جزاير به آنها اعمال مى شود، الكترون ها را به طرفشان هل مى دهد يا از آنها بيرون مى راند. به اين ترتيب، گيت هاى منطقى بازوبسته و جريان الكتريكى گذرنده از آنها، تنظيم مى شود. مسئله همين جا است، پرت كردن و هل دادن تعداد زيادى الكترون به اطراف، دقت چندانى ندارد (بعضى از آنها در جهت هاى تصادفى به اطراف پرتاب مى شوند و انرژى را هدر مى دهند) و تعداد زيادى برخورد گرمازا به وجود مى آورد. حالا بيشتر از يك دهه است كه فيزيكدان ها روى روش هوشمندانه ترى كار مى كنند: استفاده از نيروهاى مغناطيسى به جاى ميدان هاى الكتريكى براى كنترل الكترون ها. مايكل فلاتى فيزيكدان دانشگاه آيوا مى گويد اين روش عملى است: «چون الكترون ها طورى رفتار مى كنند كه انگار يك آهن رباى ميله اى كوچك، با خودشان دارند.» آهن ربا، قطب شمال و جنوب دارد، همان طور كه زمين دور محور گذرنده از قطب هايش مى چرخد، الكترون هم داراى يك جهت گيرى مغناطيسى است، يك ويژگى كوانتومى كه فيزيكدان ها اسم «اسپين» را رويش گذاشته اند. البته ذرات بنيادى، مثل الكترون، واقعاً نمى چرخند اما مثل ژيروسكوپ هاى كوچك رفتار مى كنند. اگر به يك الكترون، ميدان مغناطيسى وارد كنيد، قطب هايش شروع به حركت تقديمى مى كنند (يعنى خودمحورى روى يك دايره مى چرخد) و اگر ميدان را برداريد، اسپين الكترون دوباره ايستا باقى مى ماند («اسپين الكترون» را ببينيد). فلاتى مى گويد: «با استفاده از اين اثر، مى توان جهت اسپين را از بالاسو به پايين سو چرخاند و ارزش بيت اطلاعاتى آن الكترون را از يك به صفر تغيير داد.» در حالى كه در الكترونيك، اطلاعات با تغيير تعداد و انرژى الكترون ها در مدار جابه جا مى شود، دانش نوپاى «اسپين ترونيك» اطلاعات را در جهت گيرى الكترون ها مخفى مى كند و عمليات منطقى را به جاى جابه جا كردن الكترون با چرخاندن اسپين آن به اين سو و آن سو انجام مى دهد. سال گذشته، شركت موتورولا توليد انبوه تراشه هاى حافظه اسپين ترونيك را با نام MRAM (رم مغناطيسى) آغاز كرد. برخلاف حافظه هاى رايانه اى رايج، تراشه هاى MRAM با قطع و وصل برق، اطلاعاتشان را از دست نمى دهند، چون اسپين الكترون به سادگى جهتش را تا برگشتن جريان، حفظ مى كند. دستگاه هاى اسپين ترونيك با باترى ها هم سازگارترند چون چرخاندن اسپين ها، توان خيلى كمى مصرف مى كند و به خاطر ويژگى حفظ اسپين، مى شود تراشه را در فاصله بين چند عمليات، خاموش كرد. تغيير اسپين الكترون، انرژى جنبشى ذره را افزايش نمى دهد و بنابراين مدار، تقريباً هيچ گرمايى توليد نمى كند. فرآيند هم فوق العاده سريع است: وسايل آزمايشى ساخته شده، توانسته اند اسپين الكترون ها را در عرض چند پيكو ثانيه (12-10 ثانيه) سروته كنند! البته تا همين چند وقت پيش همه وسايل اسپين ترونيك به فلزات فرومغناطيس پيش احتياج داشتند كه خيلى با تكنيك هاى جارى توليد ريزتراشه ها همخوانى ندارد. آوشالوم مى گويد: «تصور اينكه چطور مى شود آهن رباهاى كوچكى در ميليون ها نقطه يك تراشه ساخت و هر كدام را جداگانه كنترل كرد، كار سختى است. غيرممكن نيست اما مشكل است. خيلى بهتر خواهد بود اگر بتوانيم از ميلياردها دلار ثروت سرمايه گذارى شده در فناورى موجود گيت سازى الكترونيك، استفاده كنيم و به جاى ميدان مغناطيسى، ميدان هاى الكتريكى را براى بازى با اسپين ها به كار بگيريم.»
