Mengenal Generasi Baru Elektronika – Spintronik

Mengenal Generasi Baru Elektronika – Spintronik
Bagikan Artikel ini di:

Elektronik telah mengalami perkembangan dalam dunia teknologi microprocessor yang luar biasa, namun perkembangan elektronik di masa yang datang akan mengalami hambatan akibat hukum fisika. Beberapa dari hambatan tersebut telah dirasakan saat ini, sebagai contoh dari hambatan tersebut adalah kecepatan clock pada prosesor yang tidak lebih dari beberapa gigahertz atau beberapa operasi per-nanosecond. Clock sendiri merupakan indikator kecepatan dari prosesor. Sebagai contoh core i7 yang memiliki kecepatan clock 3,3 GHz atau pun core i5 yang memiliki kecepatan clock 2,7 GHz.

Keterbatasan yang dialami selama 20 tahun terakhir berasal dari hambatan listrik pada silicon. Hal tersebut memacu penelitian untuk mencari alternatif pada bahan semikondutor yang menjadi dasar dalam elektronik modern berkecepatan tinggi.

Salah satu penemuan yang dianggap mampu mengatasi hambatan pada dunia elektronika atau dengan kata lain akan merevolusi dunia elektronika adalah spintronik. Spintronik merupakan cabang baru dalam fisika yang didasarkan pada pembawaan informasi oleh spin dari elektron. Spin sendiri merupakan momentum sudut intrinsik yang berhubungan dengan partikel dasar, dalam hal ini partikel dasar tersebut adalah elektron.

Dalam membawa informasi, spintronik menggunakan arus spin yang memiliki keunggulan dalam penggunaan energi yang lebih rendah dibandingkan dengan arus listrik pada umumnya dan dapat mengatasi batas kecepatan muatan listrik[1]. 

Pada awalnya spin lebih dulu digunakan dalam industri magnetic-recording dan mengalami kemajuan yang pesat, terlebih lagi setelah ditemukannya Giant Magnetoresistance (GMR) oleh Albert Fert pada tahun 1988. GMR sendiri merupakan suatu efek yang mampu merubah hambatan listrik dari perangkat multilayer yang terdapat pada media penyimpanan secara signifikan dalam medan, efek ini mampu meningkatkan kapasitas penyimpanan pada bahan magnetik[2].

GMR terjadi diakibatkan spin up dan spin down elektron yang menghadapi hambatan listrik berbeda saat melewati multilayer magnetic. Berbeda dengan industri semikonduktor yang “mengabaikan” spin elektron,  saat ini banyak ilmuwan memprediksi bahwa spin up dan spin down elektron dapat dikembangkan pada perangkat semikonduktor, hal itu dikarenakan spin pada semikonduktor dapat dikontrol dan dimanipulasi. Penelitian terkait spin pada perangkat semikonduktor terus dilakukan hingga ditemukannya spintronik yang mampu mengurangi penggunaan energi dan terbukti lebih efisien dalam proses transmisi dan peyimpanan informasi.

Baca juga:


Dalam penggunaan spin pada semikonduktor terdapat tiga hal dasar yang harus diperhatikan. Pertama panjang hamburan spin harus dipastikan lebih besar dibandingnkan dengan perangkat sehingga orientasi spin tidak mengalami kerusakan, kemudian “spin information” diinjeksikan pada arus yang mengalir diantara elektroda sources dan drain, yang dapai dilihat pada Gambar 3. Dan yang terakhir adalah bagaimana mengendalikan orientasi spin secara eksternal. Salah satu penemuan yang menjadi dasar dalam spintronik semikonduktor adalah “Spin-FET” yang merupakan gagasan dari Supriyo Datta dan Biswajit Dass terkait pengontrolan orientasi spin dengan menggunakan medan sehingga dapat memodulasi arus[3].

Pengembangan spin-transport dan spin-injection dapat membawa era baru pada dunia elektronika khusunya spintronik semikonduktor yang berpotensi mentransformasi industri mikroelektronik. Sebagian besar revolusi yang terjadi merupakan ide dari penerapan sistem mekanika kuantum, sebagaimana spin pada elektron yang bisa digunakan untuk menulis informasi dalam kode-kode pada sistem kuantum yang tak lain dikarenakan spin mampu menjadi superposisi dari berbagai keadaan kuantum.

Pada penelitian yang dilakukan oleh School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University, Singapore tentang Spin-injection, penelitian tersebut menunjukkan pulsa ultrashort dari spin yang berlangsung kurang dari satu picosecond dapat diinjeksikan dari logam ke semiconductor dengan efisiensi yang luar biasa. Hal tersebut berdampak pada kecepatan spintronik yang 1000 kali lebih cepat dibandingkan dengan kecepatan perangkat elektronik kovensional[4] . Sehingga spintronik sangat berpotensi dalam dunia elektronika di masa depan.

Reference:

[1] An, Z., Liu, Q., Lin, Y., and Liu, C. (2012). The Universal Definition of Spin Current. Scientific Reports, 2(338). DOI: 10.1038/srep00388

[2] Inomata, K. Giant Magnetoresistance. diakses melalui https://www.nims.go.jp/mmu/tutorials/GMR

[3] Grundler, D. (2002). Spintronics. Physics World15(4), 39.

[4] Cheng, L., Wang, X., Yang, W., Chai, J., Yang, M., Chen, M., … Chia, E. E. M. (2019). Far out-of-equilibrium spin populations trigger giant spin injection into atomically thin MoS2. Nature Physics.doi:10.1038/s41567-018-0406-3

Follow me on

shalahuddinaf

Mahasiswa S1 Fisika, Universitas Sebelas Maret. Memiliki ketertarikan dalam bidang material. Sangat menyukai menulis dan membaca. Informasi lebih lanjut dapat menghubungi melalui email (shalahuddin18@student.uns.ac.id)
shalahuddinaf
Follow me on

Latest posts by shalahuddinaf (see all)

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Bagikan Artikel ini di:

Tinggalkan Balasan

3 × 2 =