WwW.TarikZengin.CoM

Elektronik transistör kavramı :

Transistörler elektronların kontrollü bir yoldan üzerlerinden akmalarına izin verirler. Elektronların bu kontrollü akısı bilgisayararın temeli olan on-off sinyallerini sağlar.

Elektronik transistörler elektronların bu akısını, önlerine bir bariyer ya da bağlantı noktası koyarak kontrol eder. Fakat elektronların akısı toplam akım tarafından kontrol edilmek zorunda değildir.

Atomik Baglar

Atomik Baglar

NPN Junction Transistor

Bir transistor yapabilmek için küçük miktada akımla büyük miktarda akıyı kontrol edebilecek bir madde tabakası gerekir. Böylece kazanç veya başka bir deyişle yükseltme sağlanır.Magnetik yükselticide asıl amaç ; küçük miktarda giriş akımı kullanarak büyük miktardaki magnetik akıları anahtarlamaktır. Nadiren dünyanın sürekli magnetik etkisi magnetik bir batarya ya da sürekli magnetik akı kaynağı gibi davranabilir.

Magnetik transistör kavramı :

Fizikçiler; elektron akısını anahtarlamak için elektronların magnetik spinini kullanan yeni bir transistör geliştirdiler. Magnetik spin transistörleri adı verilen bu transistör çeşidi günümüzdeki elektronik transistorlere yakın bir şekilde çalışır, fakat elektronik transistörlere göre büyük bir avantajları vardır. Bir magnetik diske bilgi yazmak kadar kolay elde edilebilmektedirler.

Jonksiyondaki elektron - hole hareketleri

Sıradan elektronik transistörler akım taşıyan 3 elektrod barındırır. Bunlar emiter – base – collector ‘ dür. Alan etkili transistörlerde bu ismlendirme drain – gate – source olarak yapılır.

Elektronlar bu elektrodların birinden girer ve diğerinden çıkar. Üçüncü elektrod ise bu ikisi arasındaki akıyı kontrol eder. Elektronların girdiği uç emiter, çıktığı uç collector ‘dür. Akım kontrolünü yapan uç ise base’dir.

Elektronik transistörün en önemli noktası n-p-n ya da p-n-p birleşimi olmasıdır. Maddenin P bölgesinde atomların etrafındaki elektronlar sadece yeterli enerjiye sahip elektronların geçebileceği bir bariyer oluşturur. Kontrol elektroduna verilen akım elektronların bariyeri aşmasını ve bağlantı noktasını geçmesini sağlar.

Magnetik spin transistörlerinin çalışması ise elekton akısını kontrol etmek için elektronların yukarı-spin ve aşağı-spin hareketleri arasındaki farkı kullanmaya dayanır. Elektronlar yukarı-spin ve aşağı-spin state’ lerinden birinde bulunabilirler.

Spin transistöründe bariyer, magnetik etki alanı taşıyıcıya zıt bir maddenin parçası olabilir. Magnetik yarı-iletkenler yukarı-spin ve aşağı-spin taşıyıcıları için farklı enerjilere sahiptir. Bu özellik bariyeri değiştirmek için kullanılabilir.

Magnetik Transistör

Magnetik spin transistörleri elektronik tranistörlerin yerine kullanılmak için değil, daha fazlasını yapabileceği yerlerde kullanılmak için yapılmıştır. Spin transistorlerinde bariyer magnetiktir ve değişebilir. Bu sayede istenildiği gibi değiştirilebilen ve ayarlanabilen çipler üretmek mümkün olur.

Spin transistörü hakkında henüz bilinmeyenler var. Bunlardan biri ters spin hareketinin farkı. Bir diğeri ise yukarı-spin ve aşağı-spin bölümleri arasındaki bağlantı noktasının ne kadar ince yapılabileceği. Bariyerin ince olmasının transistörün kontrolünü kolaylaştıracağı bilinmektedir fakat henüz ne kadar ince olabileceği konusu açıklık kazanmamıştır.

Eğer titanyum dioksid kobalt maddesi bu duruma uygun bir şekilde davranırsa çok daha gelişmiş magnetic transistörlerin beş yıldan kısa bir süre içinde üretilebileceği söylenmektedir. Araştırmacılar magnetik transistorlerin yapımı için uygun materyaller aramaya devam ediyorlar.

Magnetik Spin Transistörlerinin Uygulama Alanları:

Spintronik teknolojisi

Sıradan bir elektrik akımında elektronlar rasgele hareket eder ve spin, bir kablonun elektriksel direncini ya da transistor devresinin amplifikasyonunu etkilemez. Spintronik aygıtlarsa, “spin yukarı” veya “spin aşağı” durumlardan birinde bulunan elektronların, yarıiletken devrelerde nakledilmesi mantığına dayanır.

Demir ya da kobalt gibi demirli manyetiklerde, komşu atomların elektronları aynı spin durumunda dizilmeye eğimlidir. Eğer, bir demir parçası güçlü manyetik alanla yüklenirse, demir atomlarının elektronları, manyetik olarak bir yönde sıralanır. Metalin büyük kısmı bundan etkilenir. Önceden ayarlanmış demirli manyetiklerden elektrik akımı geçirildiğinde, belli bir spin yönünde dönen elektronların yolu tıkanır.

Sonuçta, spin kutuplu bir elektrik akımı oluşur. Voltaj uygulanınca, bu akımın bütün elektronlarının spin yönü tersine döner. Spintronik bilgisayarlara, spin yönlerini kaydeden ve okuyan devreler entegre edilmiştir.

Spintronik klasik uygulama bilgisiyle birleştirildiğinde, veriyi, elektronik ve manyeto-optik olarak işleyen devreler üretilecektir. Manyeto-optik sistemler 90′lı yıllarda moda olan, taşınabilir ZIP sürücülerinde kullanılmıştı. Nitekim, manyetik değerleri okuyan sabit disk kafaları, bilgisayarların ayrılmaz bir parçası olarak görev yapmaktadır.

Sırada, çok hızlı açılıp kapanan anahtarlar ve tamamen programlanabilen, spintronik bilgisayar beyinlerinin (merkezi işlem birimleri: CPU) geliştirilmesi araştırmaları var. Günümüzde, CPU’lar donanım olarak programlanıyor. Mikroçiplerinin veriyi nasıl işleyeceği, CPU’ların şekli ve yarıiletken hatların ağ yapısıyla sınırlı durumda bulunuyor. Manyetik CPU’lar ise, devrelerin biçimi ve yarıiletken hatların karmaşıklığından kısmen bağımsız olarak, manyetik alanlarla yüklenip programlanabilecek.

Spintroniğin hayata geçirilmesi için ucuzlaması, yani kullanışlı bir teknolojinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu konudaki başlıca çıkmazların başında:

• Demirli manyetik öğelerle yarıiletken devreleri birleştirebilir mi?

• Bu tümleşik devreleri oda sıcaklığında çalıştırabilir mi?

• Spin kutuplu akımları, yani spin akısını, yarıiletkenlere vermenin kolay bir yolu var mı? (Spin kutuplamak, bilgiyi spin durumlarına kaydetmek anlamını taşır.)

• Farklı yarıiletkenlere nakledilmek üzere, devrenin kenarına yollanan spin akısına ne olur?

• Yarıiletkenlere aktarılmış spin akısı (bilgi) ne kadar süre bozulmadan dayanır?

soruları gelmektedir.

Spintronik fiziği :

Hızla dönen küçük bir elektrik yüklü küre düşünülürse kürede dolaşan yük, elektrik akımında minik atlamalar meydana getirir. Bu da, Dünya’nın manyetik alanına benzeyen bir manyetik alan oluşturur. Kürenin dönüşü (rotasyon), vektör ile gösterilir. Vektör, kürenin kendi çevresinde dönme yönünü işaret eder. Dönen küreyi bir dış bir manyetik alana sokulursa spin vektörünün manyetik alana göre alabileceği iki farklı yönelim, kürenin toplam enerjisini de belirleyecektir.
Elektronu, böyle dönen bir elektrik yüklü küreye benzetirsek elektronun “spini”, onun açısal momenti olacaktır. Bu da manyetizmaya bağlıdır ve bir manyetik alanda, spin vektörünün yönünü belirler.

Elektronların belli bir uzunlukta ve çapta cisimler değil, matematiksel olarak tanımlanan, bir enerji değerine karşılık gelen, ideal noktacıklar ve boyutsuz nesneler olduğu düşünülebilir. Mesela, bir küre sağa dönerken, durup sola dönmeye başlayabilir. Bir elektron ise sağa ya da sola dönmez ya da yavaşlayarak durup ters yönde dönme hareketi yapmaz. Elektron spini, matematiksel bir nicelikten ibarettir. Adlandırma açısından, tamamıyla estetik ve keyfi bir anlam taşıyan, yukarı ya da aşağı spin durumlarından birinde bulunur. Elektronlar, yukarı ve aşağı spine, hiçbir ara durum almadan geçer.

Spintronik ve bilginin kaydedilmesi :

Günümüzdeki yarı-iletken bilgisayar işlemcileri bilginin yapı taşı olarak bit’i kullanır. Bit’lerdeki çalışma mantığını bir soruya verilen kesin “evet” ya da “hayır” cevapları olarak nitelendirilebiliriz.

Elektronlar, spin yukarı ya da spin aşağı konumlarında bulunabildiği için; bir spin konumu “evet”, diğeri ise “hayır” yanıtıyla eşleştirilebilir. Örneğin ikilik sayı düzeni kullanan bir algoritmada 0 ve 1 olabilir. Bu durumların hangisinin evet, hangisinin hayırla eşleneceği ise keyfi bir seçimdir.

Kaynaklar:

• Applied Physics Letters ( apl.aip.org )
• trnMAG.com
• The Motionless Electromagetic Generator Project Notes ( jnaudin.free.fr/meg/meg.htm )
• Spintronik - Focus Dergisi ( www.focusdergisi.com.tr/bilim/00585 )