Single Spin Logic and Matrix Element Engineering: A New Nanoelectronic Computing Paradigm for Ultra Low Power Dissipation
单自旋逻辑和矩阵元件工程:超低功耗的新纳米电子计算范式
基本信息
- 批准号:0726373
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2007
- 资助国家:美国
- 起止时间:2007-09-01 至 2013-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
In conventional digital electronics, binary bits 0 and 1 are represented by different amounts of charge stored in the active region of a device. Switching between bits requires changing the amount of charge, which necessitates a current flow through the device and associated power dissipation. This is a fundamental drawback of charge based electronics. Instead, if binary bits are represented by anti-parallel spin polarizations of an electron placed in a static magnetic field, then switching between bits would simply require flipping the spin without physically moving charges in space and causing a current flow. This can reduce power dissipation in computing machinery by orders of magnitude. In the long run, this allows higher bit density and faster computing speed.This research will be focused on studying single spin based digital computing systems and logic gates. Quantum mechanical calculations will be carried out to show that power dissipation in these gates is extremely small. Spurred by the recent demonstration that organic nanostructures sustain spin memory for a long time (nearly 1 second at 100 K; Nature Nanotechnology, 2, 216, (2007)), quantum dots of organic semiconductors will be fabricated and the spin relaxation times of electrons (T1 and T2) will be measured as a function of temperature to establish the viability of a new computing technology based on spins in self assembled organic nanostructures. Graduate and undergraduate students will be trained in spin based computing, self assembly, magnetotransport measurements, and electron spin resonance spectroscopy. K-12 outreach will be accomplished through the training of 3-4 high school students (9th and 12th grade minority students) through the Richmond Area Program for Minorities in Engineering (RAPME) hosted by the PI?s university every summer.
在传统的数字电子设备中,二进制位0和1由存储在器件的有源区中的不同数量的电荷表示。位之间的切换需要改变电荷量,这就需要电流流过器件和相关的功耗。这是基于电荷的电子器件的基本缺点。相反,如果二进制比特由放置在静磁场中的电子的反平行自旋极化表示,那么比特之间的切换只需要翻转自旋,而不会在空间中物理移动电荷并引起电流。这可以将计算机器中的功耗降低几个数量级。从长远来看,这将允许更高的位密度和更快的计算速度。本研究将集中在研究基于单自旋的数字计算系统和逻辑门。量子力学计算将进行表明,在这些门的功耗是非常小的。最近的研究表明,有机纳米结构可以维持很长一段时间的自旋记忆(100 K时近1秒; Nature Nanotechnology,2,216,(2007)),将制备有机半导体量子点,(T1和T2)将作为温度的函数进行测量,以建立基于自组装有机纳米结构中自旋的新计算技术的可行性。研究生和本科生将接受自旋计算,自组装,磁输运测量和电子自旋共振光谱学的培训。K-12外展将通过由PI主办的里士满地区少数民族工程项目(RAPME)培训3-4名高中生(9年级和12年级的少数民族学生)来完成。每年夏天,大学。
项目成果
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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