گامی به پیش در راستای "اتم ترونیک" با اولین مشاهده "اثر اسپین هال" در گاز کوانتومی

[Electro_officer 13,797]

[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10248/Besmellah_01.png[/img][/center]

[center][IMG]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/13PML020_spielman_bec_LR.jpg[/IMG][/center]

تاریخ: پنجم ژوئن 2013
[b]مقدمه[/b]
اثر اسپین هال (SHE) یک پدیده فیزیکی است که مبنای تکنولوژیهای اسپین الکترونیک و اتم ترونیک بوده است. SHE یک پدیده انتقال بود که توسط فیزیکدانهای روسی M.I. Dyakonov و V.I Perel در سال 1971 پیش بینی شده بود. واژه Spin Hall Effect نخستین بار توسط Hirsch در سال 1999 ارائه شد و 33 سال طول کشید تا اولین مشاهدات واقعی این اثر ممکن شود.
محققان انستیتو استاندارد و تکنولوژی (NIST) اولین مشاهده "اثر اسپین هال" را در Bose-Einstein چگال (BEC) که ابری ابرسرد از اتمها است که به عنوان یک واحد کوانتومی عمل می کند، را گزارش کرده اند.
دیدن "اثر اسپین هال" درالکترونها و دیگر ذرات کوانتومی وقتی که حرکتشان وابسطه به جهت مغناطیس یا اسپین آنها است، چیز جدیدی نیست. پیش از این اثر اسپین هال در الکترونهای محدود به نوار دو بعدی نیمه هادی و فوتونها دیده شده بود اما هرگز در BEC دیده نشده بود. در یک مدار فرضی کوانتومی اسپینها که به بالا و پایین تفسیر می شوند، بعنوان سیگنالها بکار می روند همانطوری که 0 و 1 در مدارهای مرسوم مبتنی بر بار الکتریکی.

[center][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/hi_2864.jpg"][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/normal_hi_2864.jpg[/img][/url][/center]

دیوایس های کوانتومی اطلاعات را با روشی که برای دیوایسهای مرسوم بسیارمشکل یا غیر ممکن است پردازش می کنند بنابراین یافتن راهی برای مهار اسپین و کنترل آن هدف و موضوع تحقیقاتی بیشتر دانشمندان کوانتوم است و یافته تیم تحقیقاتی NIST ممکن است کمک خوبی در استفاده از "اثر اسپین هال" برای این هدف باشد. تیم NIST از انواع مختلف لیزر استفاده کرد تا اتمهای روبیدیوم را در یک ابر بسیار کوچک در ابعاد تقریبی 10 میکرومتر درون یک محفظه خلا به دام اندازد و سپس آنها را تا چند میلیاردیوم درجه بالای صفر مطلق سرد بکند. تحت این شرایط اتمها از یک گاز معمولی به حالت عجیب و غریبی از ماده تبدیل می شوند که BEC نامیده می شود. در BEC اتمها همگی متحد شده مشابه یکدیگر رفتار می کنند. دست آخر محققین NIST با استفاده از یک لیزر دیگر به نرمی ماده بوجود آمده را تحریک کرده تا بتوانند کارکرد اثر اسپین هال را ببینند. آقای Matthew Beeler که اخیرا دوره پسا دکترای خود را در NIST به پایان برده می گوید که ما قبلا در جامدات (solids) این اثر را مشاهده می کردیم اما آنجا پدیده های دیگری هم بوجود می آمد که آثار آنها با آثار پدیده مورد مطالعه مخلوط می گردید و باعث مشکل شدن تشخیص رفتار اثر اسپین هال می شد. در واقع با استفاده از این تکنولوژی نوین ما قادر هستیم که اثر اسپین هال را از مشکلات پس زمینه رها بکنیم و آن را راحت تر بررسی بکنیم.
از نظر مفهومی، این مجموعه لیزر و BEC را می توانیم به عنوان یک ترانزیستور اتمی اسپینی (یک دیوایس اتم ترونیک) فرض بکنیم که می تواند جریانهای اسپینی را درست مانند یک ترانزیستور الکترونیکی مرسوم که جریانهای الکترونی را کنترل می کند، کنترل بکند.
آقای Beeler می گوید که بعید است که این کشف یک روش عملی برای ساخت گیت های منطقی برای کامپیوترهای کوانتومی در حال کار باشد. با این وجود، این روش پنجره جدیدی برای محققان برای تحقیق بر روی اثر اسپین هال است که می خواهند از راه ساده تری برای درک سیستمهای پیچیده که این اثر بر روی آنها ظاهر می شود، استفاده بکنند .همچنین این روش درک بهتری از نحوه نمایش داده و نقل و انتقال آن از یک نقطه به نقطه دیگر در مدارهای اتم ترونیک بدست می دهد.

برای درک ساده تر مطلب باید قسمتهایی از مقاله مجله Electronics For you سال 2011 و صفحات 60 تا 64 تحت عنوان "آیا اتم ترونیک جانشین الکترونیک میشود؟" را در اینجا برای شما برگردان بکنم.
[url="http://www.efymagonline.com/pdf/Atomtronics_Sep11.pdf"]http://www.efymagonl...onics_Sep11.pdf[/url]

[center][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/at.jpg"][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/normal_at.jpg[/img][/url][/center]

اتم ترونیک دانش خلق مدارها، دیوایسها و مواد مبتنی بر اتمهای ابرسرد به جای الکترون است. تا به حال الکترونیک بر اساس یکی از خواص الکترونها که همانا بار الکتریکی بوده است بناشده است اما اکنون فیزیک دانان قصد دارند که ویژگی دیگر الکترون که همانا اسپین باشد را نیز بکار بگیرند. اسپینترونیک یک انقلاب را در الکترونیک وعده می دهد زیرا در این تکنولوژی اطلاعات به نحو کاملا جدیدی کدگذاری می شوند. باوجودی که الکترونیک مزایای فراوانی را بر ما ارزانی کرده است، اما در عصر الکترونیک کوانتومی با چالشهایی نوینی روبرو است. در سال 1924 فیزیک دان هندی Satyendra Nath Bose و آلبرت انشتین فرض کردند که تعداد زیادی از اتمها اگر بسیار بسیار سرد شوند که در نهایت با یکدیگر متحد شده و یک حالت کوانتومی را بسازند قادرند که مانند یک ذره زیر اتمی غول آسا عمل بکنند و خواص آن را بروز بدهند (در حالی که ابعاد خوب و قابل اندازه گیری دارند) که برای اندازه گیریهای آزمایشگاهی چنین ذره بزرگی دست یافتنی و قابل بررسی است. اما تا سال 1995 که دانشمندان موفق شدند ماه چگال Bose-Einstein را با استفاده از لیزر برای سردکردن دقیق اتمهای روبیدیوم 87 به دمایی چند میلینیوم بالای صفر مطلق برسانند، BEC وجود نداشت و تکرار BEC با اتمهای سدیم در سال 2001 برنده جایزه نوبل فیزیک را تعیین نمود. در اتم ترونیک ایده این است که با استفاده از لیزر، اتمهای خنثی را طوری مهار بکنیم که بتوانند رفتار الکترونها، سیمها، ترانزیستورها و گیت های منطقی را نمونه سازی بکنند. در اتم ترونیک کار حاملان جریان در الکترونیک (الکترونها) را اتمهای خنثی ابرسرد انجام می دهند، کار مواد نیمه هادی که الکترونها از آنها عبور می کنند را شبکه بندی نوری انجام می دهد و کار اختلاف پتانسیل الکتریکی را که باعث چرخش الکترونها در مدار می شود، اختلاف پتانسیل شیمیایی انجام می دهد. در طول دو دهه گذشته فیزیکدانها در ساخت شبکه بندی های نوری (لیزری) که در آنها اتمها را بتوان هرگاه که اراده بکنند هل داد، چید یا تحریک کرد استاد شده اند. خواص نوری اتم چندان توجه دست اندرکاران را جلب نکرده است اما دانشمندان برنامه ای را آغاز کرده اند تا بتوانند از اتمهای رام استفاده بکنند. مشکل اینجا است که اتمها مانند الکترونها رفتار نمی کنند بنابراین ساخت مشابه اتم ترونیک یک مدار ساده الکترونیکی شامل یک باطری و یک مقاومت سری، نیازمند تفکری متفاوت است. دینامیک اتمها در شبکه بندیهای نوری که اساسا کریستالهایی از نور هستند، به صورت تئوری و تجربی برای سالها مورد بررسی قرار گرفته است و خواص مشابه دیودها و ترانزیستورها قابل بیان در این شبکه بندیها که به صورت مناسبی تنظیم شده باشند، می باشد. برای مثال شبیه سازیها نشان داده یک شبکه بندی نوری اضافی افزوده شده قادر به عبور دادن اتمها از چپ به راست است و جلو حرکت آنها از راست به چپ را می گیرد که به نوعی شبیه سازی دیود است. اتمهای ابرسرد خواصی دارند که در مواد عادی دیده نمی شود. (ابررسانایی ، ابرشارگی و انسجام (coherence)) در ضمن این سردی کنترل آنها را با لیزر آسان می کند و وقتی که چندین اتم سرد را در یک ستون یا آرایه بطور منظم در کنار هم قرار بدهیم، می توانند مطابق قوانین کوانتوم به یکدیگر متصل گردند و آنگاه است که لذت واقعی آغاز می شود!!! این اتمها را می توان برای اندازه گیری بی نهایت دقیق زمان بکار برد. تقریبا تمام پیشگامان اتم ترونیک امیدوارهستند که در بعضی کاربردها اتمها ثابت بکنند که کارایی بهتری از الکترونها دارند. انگیزه ساخت و مطالعه اتم ترونیک در معادل سازی مدارهای الکترونیکی از چند جهت ایجاد شد.
ناخالصی هایی همچون خرابی شبکه بندی نوری یا phononها کاملا قابل حذف بوده و مدارها به صورت ایده ال قابل بیان هستند. بنابراین درک عمیقتری از کارکرد یک مدار الکترونیکی هم بدست می آید که در بهبود الکترونیک فعلی موثر است.
اتم ترونیک از الکترونیک غنی تر است زیرا اتمها دارای درجات آزادی بیشتری نسبت به الکترونها هستند. اتمها هم بوسون و هم فرمیون می توانند باشند و اندرکنش بین آنها میتواند به صورت گستردهای از فاصله کوتاه تا بلند و از قوی تا ضعیف تغییر بکند.این ویژگی می تواند به رفتاری با کیفیت متفاوت با رفتار الکترون منجر بشود. در نتیجه در یک آزمایش محقق می تواند بر روی اتمهای دفع کننده ، جذب کننده و خنثی به صورت یکجا بررسی بکند. افزون بر این تکنیکهای جدید که تشخیص اتم های سریع را برای بررسیها کوانتومی میسر می کنند، قابلیت نظارت پویا و real-time را برای محقق ممکن کرده اند.
اتمهای خنثی در شبکه بندیهای نوری به خوبی قابل ایزوله شدن از مشکلات محیط پیرامون بوده که باعث دقیق شدن دیدن نتایج آزمایشات بر روی آنها می شود و چنین سیستمهایی از ویژگی هایی برخوردارند تا بتوانند به عنوان بلوکهای سازنده پردازشگرهای کوانتومی سیگنال بکار بروند. مشابه سازی با مدارهای الکترونیکی می تواند راهنمایی برای ساخت گیتهای کوانتومی جدید و انجام معماریهای کوانتومی مشابه معماریهای الکترونیکی شود.
آزمایشات اخیر که برای مطالعه خواص انتقال اتمهای ابرسرد در شبکه بندیهای نوری انجام شده اند می توانند در زمینه چارچوب اتم ترونیک مورد بحث قرار بگیرند. به ویژه که می شود خواص انتقال کوتاه مدت یک شبکه بندی نوری را با فرمولاسیون کوانتوم بازی که در اینجا بحث شد، مدل کرد.

[center][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/Atomtronics.jpg"][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/normal_Atomtronics.jpg[/img][/url][/center]
[center][size=3]اتم‌های شکل‌دهی شده توسط اشعه لیزر[/size][/center]

[b]آخرین توسعه ها[/b]
اتمهای ابرسرد واقع در شبکه بندی نوری که ماده چگال Bose-Einstein را می سازند می توانند حالتهایی را شبیه الکترونها در نیمه هادی ها بوجود آورند.افزودن ناخالصی می تواند منجر به ساخت حالتهایی مشابه با نیمه هادی های نوع N و نوع P شود و یک باتری اتم ترونیک توسط نگهداشتن 2 اتصال در پتانسیلهای شیمیایی مختلف قابل ساخت است. معادلهای قطعاتی مانند دیود و ترانزیستور هم از نظر تئوری قبلا معرفی شده اند. اگر چه دیوایسهای اتم ترونیک کار دارند تا به صورت آزمایشگاهی و واقعی ساخته شوند اما خواص اتمهای چگال بازه وسیعی از کاربردهای ممکن از نظر تئوری را ارائه می دهد. کاربرد اتمهای ابرسرد در عناصر مدار منجر به جریان منسجم داده ها شده و ممکن است برای اتصال کامپیوترهای کوانتومی به دیوایسهای کلاسیک الکترونیکی مفید باشد. کاربرد اتم ترونیک کامپیوترهای کوانتومی را قادر به کار در مقیاس درشت کرده و آنها را از تکنولوژیهای دقت بسیار بالا که نیازمند روشهای محاسباتی کنترل شده با لیزر یون ناچیز است، بی نیاز می کند. از آنجایی که در این تکنولوژی از اتمهای چگال Bose استفاده می شود آنها خاصیت ابرشارگی دارند بنابراین مانند خاصیت ابررسانایی در دیوایسهای الکترونیکی دارای مقاومت 0 در مقابل جریان بوده و انرژی هدر نرفته و گرمایی تولید نمی شود. دانش وسیع الکترونیک ممکن است به سادگی با مدارهای اتم ترونیک و اتم های ابرسرد آن تطبیق یابد و قوی تر گردد. فیزیکدانها نوع جدیدی از مدار را که کمی بیش از پفی از گاز رقصان در پرتوهای لیزر است را توسعه داده اند. با چینش اتمهای گاز ابرسرد بطوریکه به عنوان جریانی جاری بشوند که بشود آنها را کنترل کرد یا قطع و وصل نمود، دانشمندان قدمی را به جلو برداشته اند که منتهی به ساخت اولین دیوایس اتم ترونیک خواهد شد. تیم تحقیقاتی که از Bose-Einstein چگال برای ساختن سنسورها استفاده کرده است گزارش می دهد که این گاز ابرسرد را با سرد کردن اتمهای سدیم که در میدان مغناطیس معلق بوده اند تولید کرده است. سپس آنها اتمها را بین یک زوج لیزر متقاطع به دام انداخته اند و تا کمتر از 10 میلیاردیوم درجه بالای صفر مطلق سرد کرده اند. در این دمای پایین پرتوهای این دو لیزر متقاطع ماده چگال را طوری شکل داده اند که به صورت یک دونات پهن شده با شعاع حدود 20 میکرومتر در آمده. دومین زوج لیزر به دونات انرژی داده تا چرخش خود را آغاز بکند. از آنجاییکه اتمهای ماده چگال مانند یک ذره کوانتومی منسجم منفرد عمل می کنند این حلقه ماده به آرامی کند یا تند نمی شود. دانشمندان کمترین تنظیمات که یک چرخش در ثانیه باشد را برای حلقه خود انتخاب می کنند زیرا ماده چگال فاقد اصطکاک است و این حلقه در تئوری باید تا ابد در حال چرخش باشد ولی در عمل تنها در طول عمر حلقه که به خاطر مشکلات تکنیکی حدود 40 ثانیه است، به چرخش خود ادامه می دهد. دانشمندان معتقد هستند که ماده چگال Bose-Einstein می تواند مبنای ساخت سنسورهای بی نهایت حساس برای چرخش باشد. با افزودن یک اتصال ضعیف به حلقه چگال یک سد توسط لیزر آبی که می تواند جریان را تسریع کرده یا آن را قطع بکند بوجود می آید. از نظر تئوری اگر حلقه چگال پایدار باقی نگهداشته شود و مانعی(لیزر آبی) به سنسور چرخشی متصل شده باشد، در سرعتهای چرخش خاصی، این مانع باعث پرش ناگهانی در جریان خواهد شد که در صورت کالیبره شدن می تواند برای اندازه گیری بسیار دقیق چرخش بکار برود.

[b]دیوایس های اتم ترونیک[/b]
جریان حرکت اتمهای ماده چگال مانند مدارهای معمولی قابل قطع و وصل شدن است. اتم ترونیک، اتمها را در حالتهای کوانتومی عجیبی برای دیوایس ها و حافظه کامپیوتر بکار می گیرد. این با اسپینترونیک که داده ها را بر مبنای اسپین تک تک الکترونها که آنها را قادر می کند که هر کدام 2 بیت داده را به جای یک بیت ذخیره کنند متفاوت است. دانشمندان کامپیوتر و فیزیک ذرات در ماههای گذشته پیشرفتهای فراوانی در این حیطه ها کرده اند. استفاده از اتمها به جای الکترونها جهت پردازش داده ها می تواند نحوه پنداشت فعلی ما را از کامپیوتر تغییر بدهد. در محاسبات کوآنتومی ما یک حالت کوآنتومی را در یک شیء ذخیره می کنیم، عملیات را روی آن انجام می دهیم و در نهایت حالت نهایی را از شیء می خوانیم. اگر سیستم منسجم نباشد، مقدارآغازی داده از بین می رود.
اتمهای به دام افتاده در شبکه بندی نوری به خاطر ماهیت ذاتی حفظ کننده انرژی، برای رویه های محاسباتی کوآنتومی خاص بسیار مورد توجه هستند بنابراین پویایی مداوم دیوایسهای اتم ترونیک می تواند بالقوه مفید برای محاسبات کوآنتومی باشد. همچنین پیشنهاد شده است که اتم ترونیک ممکن است در انجام اندازه گیریهای حساس مفید باشد. همچنین نتیجه گیری شده است که سیستمهای اتم ترونیک آزمون زیبایی از مفاهیم پایه در فیزیک ماده چگال را بدست می دهد. در حالیکه این ایده ها فعلا مدل شده اند و کار دارد تا ساخته شوند.


[center][url="http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/atomtronic1_2.jpg"][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/normal_atomtronic1_2.jpg[/img][/url][/center]
[center][size=3]قیاس یک مدار دیودی ساده با نوع اتم‌ترونیکی[/size][/center]

[b]دیود اتم ترونیک[/b]
دیود اتم ترونیک دیوایسی است که اجازه عبور جریان اتمها را از درون خود تنها در یک جهت می دهد. در اتمترونیک، دیود را معادل با دیود در الکترونیک پیاده کرده اند به این گونه که به جای الکترونها که جریان الکتریکی را در الکترونیک تشکیل می دهند اینجا ما جریان اتمهای ابرسرد را داریم. به جای شبکه های کریستال فلزی (که واسطه میکروسکوپی هستند که الکترونها را عبور می دهند)) ما شبکه بندی نوری را داریم. دیود اتم ترونیکی با شیفت انرژیتیک نیمی از شبکه بندی نوری نسبت به نیمه دیگر به دست می آید.
سیمها و قطعات اتم ترونیک از شبکه های نوری تشکیل شده اند و جریان به تعداد اتمها که از یک نقطه فرضی در واحد زمان عبور می کنند، گفته می شود. کارکرد یک ترانزیستور اتم ترونیکی تقویت یک جریان ضعیف و قطع و وصل جریانی قوی تر است. با ترکیب بندی شبکه نوری دانشمندان نشان دادند که بازیابی خواصی مشابه مدارهای الکترونیکی مرسوم برای دنیای اتم ترونیک ممکن است و ترانزیستوری را که قادر باشد جریان ضعیفی را تقویت یا جریان خوبی را قطع و وصل بکند مدل کردند.
محدودیتهای اتم ترونیک
دانشمندان امیدوارند که با استفاده از ماده چگال خواص ابر رسانایی آن در ساخت سنسورها و دیوایسهای برتر بکار گرفته شود. ایده این کاربرد های مفید از SQUIDها یا دیوایسهای تداخل کوانتومی ابررسانا بوجود آمده است. همچنین دانشمندان اعتقاد دارند که ماده چگال Bose-Einstein می تواند برای ساخت سنسور چرخش بسیار مفید باشد. باید خاطر نشان کرد که اتم ترونیک بعید است که بتواند جانشین الکترونیک بشود زیرا اتمها ذاتا از الکترونها کند تر بوده و ذات تنبل آنها مانع جانشین شدن دیوایسهای پر سرعت الکترونیکی با دیوایسهای تنبل اتمی خواهد شد.


[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10093/Atomtronhics_Sep11.jpg[/img][/center]

[b]نظریات صاحب نظران در مورد اسپینترونیک:[/b]
لازم به ذکر است که اسپینترونیک و الکترونیک اسپینی نامهای متفاوت یک مفهوم هستند.
لینک کتابهای مرتبط با اسپینترونیک در صورت تمایل به مطالعه بیشتر
[url="http://libgen.info/search.php?search_type=magic&search_text=spintronic&submit=Dig+for"]http://libgen.info/s...&submit=Dig for[/url]

[b]جاستين رتنر[/b][b] (Justin Rattner)[/b][b]، مدير تكنولوژي اينتل[/b]، در سال 2010 درپاسخ سئوالی در مورد آینده محاسبات بدون سیلیکون گفت:
خوب، اين يك سوال بسيار هيجان انگيز است. مي دانيد كه در حال حاضر تصور اينكه سيليكون به عنوان يك قطعه ي اساسي از ادامه ي راه خود باز خواهد ماند، بسيار سخت است. سيليكون همانند يك ماده ي متنوع و پركاربرد است كه ما همچنان به دنيال كشف راه هاي جديدي براي مهار كردن قابليت هاي آن هستيم. براي مثال ما در حال ساخت دستگاه هاي نوري متنوعي از سيليكون هستيم. در واقع، ما همين ماه پيش خير از يك مادولاتور نوري سيليكوني با سرعت 40 گيگابيت بر ثانيه داديم. بنابراين هم اكنون ما يك سيگنال نوري را گرفته و آن را مادوله مي كنيم، و داده ها را با سرعت 40 گيگابيت بر ثانيه در آن قرار مي دهيم كه تقريبا بالاترين سرعتي است كه در بين تكنولوژي هاي مختلف وجود دارد. سيليكون يك ماده ي بسيار قدرتمند است و فكر مي كنم كه به عنوان يك عنصر اساسي در نيمه هادي ها باقي خواهند ماند. و همچنان كه به سوي طراحي هاي جديد ترانزيستور يا همان چيزي كه ما مي گوئيم معماري ترانزيستور، گام برمي داريم ممكن است موادي را معرفي كنيم كه غير سيليكوني مي باشند. بنابراين، بنده در مورد ترانزيستورهاي سطحي صحبت مي كنم. ممكن است ما مواد ديگري را روي سطح ته نشين بكنيم و ترانزيستورهايي از مواد ديگر بسازيم يا ممكن است ابزارهائي بسازيم كه كه متكي به ويژگي هاي كوانتومي متفاوتي نسبت به بار الكترونيكي باشند. هر آنچه ما امروزه انجام مي دهيم همچنان مديون بار الكترونيكي مي باشد، اما در واقع ما در حال جستجوي چيزهائي بر اساس برخي تاثيرات كوانتومي مي باشيم. عموم مردم آن را اسپينترونيك مي نامند (به خاطر "الكترونيك مبتني بر اسپين"، اسپينترونيك مبتني بر اسپين يك الكترون براي انتقال اطلاعات ديجيتال - 0 ها و 1 ها- مي باشد). ممكن است كه اسپينترونيك يك طراحي براي نسل آينده ارائه دهد اگر ما بتوانيم به اين موضوع دست يابيم كه چگونه مي توان اثر اسپين را در مدارات كاربردي و دستگاه ها كنترل كرد. اسپینترونیک معادل محاسبات کوانتومی نیست. آنها دو چيز متفاوت مي باشند. محاسبات كوانتومي در واقع نوع متفاوتي از محاسبات مي باشد كه امروزه ما مي دانيم بر اساس رفتار آماري يافت شده در فيزيك كوانتوم است. اين نوع محاسبات براي برخي چيزها مفيد و كاربردي خواهد بود اما براي خيلي از چيزهائي كه ما امروزه انجام مي دهيم چندان مفيد نخواهد بود. کوانتوم کامپیوتینگ پتانسيل بالائي براي براي محاسبات عظيم و سنگين موازي ارائه مي دهد كه بسيار پر بازده است. اما تنها برخي مسائل مي توانند توسط اين نوع از محاسبات كه رايانه هاي كوانتومي انجام خواهند داد، حل شوند. اسپين خصوصا جالب خواهد بود اگر ما بتوانيم اين اثرات اسپيني را در دستگاه هاي جديد با انواع متفاوت كنترل كنيم، و اينتل در حال تحقيق بر روي آن مي باشد. اگر به قانون مور برگرديم، ممكن است ما به نقطه ي پاياني براي الكترونيك مبتني بر بار الكتريكي تا 10 يا 15 يا 20 سال آينده برسيم، هر چقدر هم كه طول بكشد بالاخره اتفاق خواهد افتاد. اما ما الكترونيك مبتني بر بار را با يك سيستم مبتني بر اسپين جايگزين مي نمائيم. اگر شما بگوئيد كه اين پايان قانون مور خواهد بود، بنده نمي دانم. اما تا زماني كه ما بتوانيم در مسير بهبود كارائي و بازده انرژي و چگالي قدم برداريم شايد بتوانيم بگوییم که در مسیر قانون مور هستیم.

[b]دکتر فرهنگ فلاح 23 ساله که لیسانس و فوق لیسانس و دکترای خود را از دانشگاه علم و صنعت گرفته و تمام پایان نامه هایش هم در زمینه اسپینترونیک بوده و اکنون دانشجوی پسا دکترای فیزیک در مرکز تحقیقات فیزیک نظری است در مورد اسپینترونیک چنین می گوید.[/b]
اسپینترونیک و یا الکترونیک اسپینی، شاخه ای از علم است که به بررسی انتقال و ذخیره اطلاعات از طریق اسپین الکترونها می پردازد. در واقع اسپینترونیک، همان الکترونیک است ولی به جای اینکه برای ذخیره اطلاعات، از بار الکتریکی استفاده شود از اسپین استفاده می شود. یکی از کاربردها، ساخت مدارهای الکترونیکی خیلی سریعتر و با مصرف انرژی کمتر است. به طور کلی، اسپین یک مشخصه کوانتومی ذاتی ذرات است که برای ذراتی مانند الکترون، پروتون و نوترون، دارای دو مقدار بالا و پایین است. اسپینترونیک، در دنیا پیشرفت کرده ولی به جز یک بخش آن (هارد دیسک های مغناطیسی)، دیگر بخشها تاکنون صنعتی نشده است و من حدس می زنم آن را بشود عملیاتی کرد.

[b]آقای فرزاد نصیرپور[/b] [b] استاد دانشگاه سهند تبریز در سال 2009[/b]
هدف اسپینترونیک مهار ممانهای منفرد مغناطیسی جهت اجماع توابع منطقی و حافظه غیر فرار روی یک پلتفرم است. در علم ماده چگال، همواره اینگونه است که سنتز مواد جدید باعث پیشرفت می شود و مواد با کیفیت بالا فیزیک نوین را به پیش می برند. نیمه هادی های dilute magnetic (مغناطیس خفیف) و مقاومت مغناطیسی غول آسا (GMR) دو مصداق این بیان هستند. پتانسیل قابل توجه اسپینترونیک برای محاسبات کوانتومی با چالشهای بزرگی در کنترل همزمان چندین کوانتوم بیت که در ممان های مغناطیسی انکود شده اند، مواجه است.

[b]آقای [/b][b]E. R. WEBER[/b][b] از انستیتو سیستمهای انرژی خورشیدی فرانهوفر واقع در فرایبورگ آلمان در سال 2008[/b]
اسپین الکترونیک راه کاری به سوی ذخیره داده ها و پردازش در یک واحد ماده است. این علم نیازمند تکنولوژی های تزریق، تشخیص، مهار، انتقال و ذخیره اسپین ها است.کدگذاری و خواندن اطلاعات اسپین، در اسپینهای منفرد به عنوان انتهای حد ریز سازی داده های مغناطیسی می تواند فرض شود.

[b]Stuart S.P. Parkin از IBM 2013[/b]
اسپینترونیک فیلد جدیدی از علم است که در طول 20 سال گذشته توسعه داده شده است که روی کشف خواص موادی که در آنها جریانهای قطبیده اسپینی نقش اساسی دارند و ساخت مواد و دیوایسها برای کاربردهای نانو الکترونیک پیشرفته، متمرکز است. مواد اسپینترونیک قبلا یک کاربرد مهم صنعتی یافته اند و آن حسگرهای میدان مغناطیسی بسیار حساس هد خواننده دیسکهای مغناطیسب کامپیوترهای امروزی است. ساخت چنین حسگرهای "والوهای اسپینی" در اکتشاف پدیده مقاومت مغناطیسی عظیم (GMR) در اوایل دهه 90 میلادی پیش بینی شده بود. کشفهای بعدی در تونل زدن وابسطه اسپینی هد های حساستری را رقم زد.Magnetic Tunnel Junction یا (MTJ) تا سال 2007 جای حسگرهای بر پایه GMR را از رده خارج کرد. اسپینترونیک در ساخت حافظه های غیر فرار هم کارایی دارد و در اواسط دهه 1990 ساخت MRAM ها که هما RAM های مغناطیسی باشند مبتنی بر MTJ پیشنهاد شده بود. نخستین MRAM توسط IBM در سال 1999 ارائه شده بود.امروز انگیزه خوبی برای جایگزینی DRAMها که بر پایه بار الکتریکی کار می کنند با MRAM ها وجود دارد زیرا این تکنولوژی های قدیمی حافظه ها برای ابعاد زیر 10 تا 15 نانومتر مشکل دارند.

[b]Claudia Felser در سال 2013[/b]
اسپینترونیک فرزند مگنتوالکترونیک است که در سال 1983 با کشف فرومغناطیسهای نیم فلزی توسط Robert Groot برای NiMnSb و توسط Jurgen Kubler برای Co2MnAl و Co2MnSn ، متولد شده بود. ویژگی خاص این فرومگنتها این بود که تنها الکترونهایی که با یک نوع اسپین در خواص انتقالی الکترونیک شرکت می کنند. این کشف منتهی به این ایده شد که دیوایسهای الکترونیکی می توانند ساخته بشوند که نه بار الکتریکی بلکه اسپین الکترون سیگنال را انتقال بدهد و بنابراین از اتلاف انرژی اهمی خلاص شد. ویژه گی استثنایی که مواد تحت انرژی فرمی پلاریزه اسپین 100 درصد رانمایش می دهند، آنها را کاندیدا های ایده آلی برای دیوایسهای اسپینی میکند تا در الکترونیک اسپینی یا اسپینترونیک استفاده بشوند.


[center][b][color=#800080]تهیه و ترجمه شده توسط: EMP[/color][/b][/center]
[center][b][color=#ff0000]هرگونه کپی‌برداری بدون درج لینک این صفحه به عنوان منبع خلاف قانون شرع و اخلاق پژوهشی است.[/color][/b][/center]

[Marine101 2,788]

سلام.
جناب EMP دستتون درد نکنه، واقعاً زحمت کشیدین...
اما چند تا موضوع و سوال...
1-اون قضیه که میگه، الکترون سه نوع اسپین داره چیه؟ ... جایی خوندم که، الکترون به خاطر خواص و توانمندهای ناشناخته ایی که داره علاوه بر دو حالت کلی (نمیدونم چپ و راست صحیحه یا نه) ، یه حالت غیر قابل تشخیص هم در اسپین داره که در یک لحظه در دو جهت حضور داره ... یعنی 0 و 1 و 01 ... یا مثلاً در یک مستند دیدم که گوینده میگفت یکی از خواص ناشناخته ی الکترون این هست که میتونه، در یک لحظه در دو مکان باشه حتی مصافت های میلیارد کیلومتری ... جایی خوندم که کامپیوتری که از پردازنده ی کوانتومی استفاده کنه، خواص متعدد غیر قابل درکی داره، مثلاً اینکه اگر شما از پردازنده بخواهید که در یک لیست مشخصه ایی را برای شما پیدا کند، پردازنده، اقدام به حدس زدن مکان آن اطلاعات میکند در عوض اینکه، دانه به دانه موارد را بررسی کند و جالب اینکه در اکثر موارد حدسش هم درست از آب در می آید .. یا اینکه در یک لحظه تمام اطلاعات را میبیند، بدین گونه که اثری از تلاش برای جست و جوی اطلاعات مورد نظر یافت نمیتوان کرد
2-بر این فرض بگذاریم که گفته ها در مورد سوال اول درست است، آیا از این ویژگی سه حالتی میتوان استفاده کرد؟ ... اگر بلی چگونه و چه تاثیری بر الکترونیک و علم پردازش اطلاعات خواهد داشت؟
3-تفاوت اسپین الکترونیک و الکترونیک فوتونی در چیست؟ کدام قدرتمندتر؟ به صرفه تر؟ قابل اعتمادتر؟ و کدام در دسترس تر هستش؟
شرمنده که تبدیل شده ام به دردسر هر روزه ی شما...

[100 2,717]

سلام
مقاله ای سقیلی بود ....

البته تا اونجایی که بنده می دانم این رایانه ها از بِت استفاده نمی کنند بلکه از qbite استفاده می کنند که هم می تواند 0 باشد ، هم ی1 و هم صفر و یک .... یعنی باید کل منطق برنامه نویسی قدیم رو عوض کنیم تا با این ساختار جدیدتر و منعطف تر ( و البته پیچیده تر ) کار کنه ...

باید با دقت بخونمش !!!

[mahdavi3d 14,067]

[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]با تشکر فراوان از [url="http://www.military.ir/forums/user/2270-electro-officer/"]Electro_officer[/url] گرامی و جناب EMP عزیز.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]مطلب بسیار جالب و مفیدی هست.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]اگر درست متوجه شده باشم، با نسبتا مجزا بودن چهار مفهوم، آشنا شدیم: الکترونیک معمولی - الکترونیک اسپینی (اسپینوترونیک) - اتم‌ترونیک - و محاسبات کوانتومی[/font][/size]

[EMP 6,864]

[quote name='013579' timestamp='1376002926' post='328281']
سلام.
جناب EMP دستتون درد نکنه، واقعاً زحمت کشیدین...
اما چند تا موضوع و سوال...
1-اون قضیه که میگه، الکترون سه نوع اسپین داره چیه؟ ... جایی خوندم که، الکترون به خاطر خواص و توانمندهای ناشناخته ایی که داره علاوه بر دو حالت کلی (نمیدونم چپ و راست صحیحه یا نه) ، یه حالت غیر قابل تشخیص هم در اسپین داره که در یک لحظه در دو جهت حضور داره ... یعنی 0 و 1 و 01 ... یا مثلاً در یک مستند دیدم که گوینده میگفت یکی از خواص ناشناخته ی الکترون این هست که میتونه، در یک لحظه در دو مکان باشه حتی مصافت های میلیارد کیلومتری ... جایی خوندم که کامپیوتری که از پردازنده ی کوانتومی استفاده کنه، خواص متعدد غیر قابل درکی داره، مثلاً اینکه اگر شما از پردازنده بخواهید که در یک لیست مشخصه ایی را برای شما پیدا کند، پردازنده، اقدام به حدس زدن مکان آن اطلاعات میکند در عوض اینکه، دانه به دانه موارد را بررسی کند و جالب اینکه در اکثر موارد حدسش هم درست از آب در می آید .. یا اینکه در یک لحظه تمام اطلاعات را میبیند، بدین گونه که اثری از تلاش برای جست و جوی اطلاعات مورد نظر یافت نمیتوان کرد
2-بر این فرض بگذاریم که گفته ها در مورد سوال اول درست است، آیا از این ویژگی سه حالتی میتوان استفاده کرد؟ ... اگر بلی چگونه و چه تاثیری بر الکترونیک و علم پردازش اطلاعات خواهد داشت؟
3-تفاوت اسپین الکترونیک و الکترونیک فوتونی در چیست؟ کدام قدرتمندتر؟ به صرفه تر؟ قابل اعتمادتر؟ و کدام در دسترس تر هستش؟
شرمنده که تبدیل شده ام به دردسر هر روزه ی شما...
[/quote]
ضمن سپاسگذاری از جناب Electro_officer
موارد زیر را در پاسخ به جناب 013597 عرض می کنم.
امید است که دیگر سروران منت گذاشته و متن تاپیک را غنا بخشیده و ایرادات احتمالی را تصحیح بفرمایند.

اسپین الکترون چیز پیچیده ای است و این موضوعی که شما به عنوان حالت سوم اشاره می کنید احتمالا مربوط به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در فیزیک کوانتوم میشود که من نباید در مورد آن صحبت بکنم و کار فیزیکدانهای سایت است. تا جایی که به امثال من مربوط می شود این است که فیزیک دانها مبانی دیوایس و یا خود آن را می سازند و امثال من از آن استفاده می کنند.
بدون انها ما هیچ هستیم.
اما در مورد خواص فراوان و غیر عادی کامپیوترهای کوآنتومی باید بگویم که این یک شمشیر دو لبه است. هر چقدر که توانایی ها و ابعاد یک دیوایس کوآنتومی بیشتر باشد الگوریتمهای پیچیده تری را هم می توان با آن پیاده کرد که این پیچیدگی می شود دشمن سیستم.
همین الان که با دیوایس های ساده الکترونیکی سر و کار داریم یک سری مهندس الگوریتمهایی پیاده می کنند که اینقدر پیچیده است که تست صحت آنها و رفع خطا از آنها تقزیبا نا ممکن می شود. استاندارد می گوید هیچگاه نباید با تمام قدرت ذهنی و خلاقیت خود یک زیر سیستم را طرح بکنید زیرا برای رفع خطا از آن به 2 برابر توان شما نیاز است و اگر طراح یک نابغه بزرگ باشد، ممکن است که وجود باگ توسط خودش تشخیص داده شود اما هیچ کس نتواند خطا را رفع بکند. البته این مهندسین به کار خود افتخار می کنند ولی ما هیچ وقت این مهندسها را در کارهای حساس بکار نمی گیریم. زیرا که پیچیدگی برابر است با خطا و خطا در سیستم حساس فاجعه بار.
بنابراین ذات پیچیده عناصر کامپیوترهای کوآنتومی از طرفی خطا خیز هم هست. مشکل دیگه این سیستمها آن است که طراحان موجود را باید برای استفاده از آنها باز آموزی کرد تا بتوانند چارچوبهای فکری خود را مطابق با توانایی های جدید این عناصر تغییر بدهند.
معمولا ما سعی می کنیم که ویژگی عناصر پایه را ساده و قابل اعتماد و تست بکنیم تا سیستمی که بر مبنای آنها ساخته می شود را بتوان با ریاضیات 100% تحقیق کرد. ما مداری که 99% موارد درست کار بکند نباید داشته باشیم. در طراحی الکترونیک فقط مدار 100% مورد بحث است. (البته مدارهای بر مبنای سعی و خطای وطنی مورد این بحث نیست)
بنابراین تصور اینکه از خاصیت عدم قطعیت الکترونها برای پردازش استفاده بشود، خیلی بعید و دور از نگاه سیستماتیک است زیرا در نگاه سیستماتیک، هیچ مداری نباید دارای عدم قطعیت باشد.
در مورد تفاوت الکترونیک فوتونی و اسپینترونیک باید بگویم که تراشه های فوتونیکی خیلی وقت است که قابل ساخت هستند ولی به دلیل هزینه بالا استفاده نمی شوند و اسپینترونیک هم که سالها است در هارد دیسکها مورد استفاده قرار می گیرد. اما اصولا اینطور نیست که یک تکنولوژی در همه جنبه ها برتری داشته باشد و معمولا هر تکنولوژی را در جای خودش که مزیت دارد مورد استفاده قرار می دهند.
اما در این لحظه هنوز هیچ تراشه پردازنده قابل اعتماد و در دسترسی بر مبنای اسپینترونیک وجود ندارد(مگر اینکه به صورت سری تولید شده باشد) و اسپینترونیک بیشتر در ساخت حافظه های بزرگ MRAM در صنعت جای خود را باز خواهد کرد جایی که الکترونیک مزیت خود را در حال از دست دادن است.

[quote name='mahdavi3d' timestamp='1376038008' post='328335']
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]با تشکر فراوان از [url="http://www.military.ir/forums/user/2270-electro-officer/"]Electro_officer[/url] گرامی و جناب EMP عزیز.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]مطلب بسیار جالب و مفیدی هست.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]اگر درست متوجه شده باشم، با نسبتا مجزا بودن چهار مفهوم، آشنا شدیم: الکترونیک معمولی - الکترونیک اسپینی (اسپینوترونیک) - اتم‌ترونیک - و محاسبات کوانتومی[/font][/size]
[/quote]
از لطف شما سپاسگذارم.
بله.
الکترونیک که بر مبنای بار الکتریکی و حرکت الکترونها کار می کند.
اسپینترونیک که بر مبنای استفاده از اسپین الکترونها به عنوان حافظه و ممان مغناطیسی آنها است
اتم ترونیک که بر مبنای استفاده از اتمهای ابر سرد خنثی به جای الکترونها است
و محاسبات کوآنتومی که بر مبنای استفاده از نانو تیوبهای کربنی و بنزنی و ... است که بین المانهای آن قوانین مکانیک کوآنتوم جاری است و مبنای حافظه qbit یا QuBit است که هم می تواند 0 باشد و هم 1 باشد و هم سوپر پوزیشنی از 0 و 1 که خاصیتی است که پایه و اساس محاسبات کوآنتومی را می سازد که بهتر است توسط یک فیزیک دان توضیح داده بشوند نه یک کاربر محصول مثل من.
گرچه اتم ترونیک و اسپینترونیک هم از همین معادلات پیروی می کنند اما در آنها خواص دیگری مبنای پردازش است. ویرایش شده در مرداد 92 توسط EMP

[hamedof 5,183]

بسیار ممنون از شما جناب emp !متن چنان جذابیتی داشت که من کلش رو دو بار با گوشی خوندم ! متن چند نکته جالب برای من داشت که خیلی خوبه که اون ها رو به اشتراک بزارم تا در موردش بحث کنیم , اما متاسفانه وایرلس اینجا در دسرس نیست ! فعلا فقط لازم دیدم از شما کتبا تشکر کنم !