Budeme mít „limitní“ elektroniku?

Elektronika nás dnes obklopuje na každém kroku, a to doslova. Přitom je to jen  asi sto let, kdy například začaly pracovat elektronky v prvních radiových vysílačích a přijímačích. A jen zhruba šedesát let, kdy začaly pracovat první sálové počítače, tranzistorová radia atd. Každý rok pak elektronické součástky byly stále menší a menší a přitom stále výkonnější a výkonnější. To umožnilo konstrukci „osobních“ přístrojů pro mobilní sítě, GPS atd. Ovšem vše má své meze. Z fyzikálních důvodů nelze např. konstruovat čipy pracující s funkčními částmi na úrovni atomů a jejich „částí“. Narážíme takto na nepřekročitelné meze, kdy cesta mikroelektroniky směrem k menším součástkám už nebude fyzikálně možná, dostaneme se k určité mezi, k limitním velikostem. Anebo ne?

         Základní výzkum dnes přece jen připouští nové možnosti další miniaturizace (kapacity při stejném objemu) a zvyšování výkonu (pamětí). Jde   o novou oblast tzv. spintroniky založené na využívání spinu elektronů. V čem je podstata? Velmi zhruba lze říci, že zatímco klasické elektronické součástky a systémy pracují na základě usměrňování toku „celých“ elektronů a využívání jejich nábojů, spintronické systémy mají pracovat na základě usměrňování jen částí elektronů, vlastně jejich vlastnosti zvané spin. Spinem se rozumí specifická vlastnost elektronu „otáčet se“ kolem své osy, jako setrvačník. Uvozovky jsou namístě, protože v klasické částicové fyzice je elektron bodovou částicí, má nulový poloměr, a tedy i nulový moment setrvačnosti, tak jaképak otáčení  (z hlediska klasické fyziky). Podstata spinu je v tom, že elektron se jeví tak,  jakoby měl osy symetrie, podél kterých se jeví stejným způsobem, tzn. jakoby se otáčel kolem své osy. Podobně můžeme otáčet třeba pravidelným trojbokým hranolem kolem jeho výškové osy a vidět vždy po otočení o 120 stupňů celou boční stěnu hranolu, která je stejná jako zbývající dvě. Současně nutno připojit, že otáčení spojené se spinem může být jen skokové, nemůže se měnit plynule, ale pouze do „symetrických“ poloh (další vlastnost spinu, která nemá v klasické fyzice obdobu). Spin určující polohu osy rotace (osy symetrie v klasické představě) tak udává, kolik poloh osa symetrie má, znaménko spinu pak odpovídá směru osy rotace. A nutno dodat, že nejen elektron, ale každá subatomární částice má svůj charakteristický spin, své spinové číslo. Toto číslo může být celočíselné (pak má částice lichý počet os symetrie), anebo i poločíselné (a pak částice sudý počet os symetrie, např. elektron ma spin +1/2 a -1/2). Uvážíme-li, že při kolizích subatomárních částic dochází také k zániku jedněch a vzniku jiných částic, pak zjevně dostáváme i částice s jiným spinem po kolizi než před ní. A proto se nabízí uvažovat a realizovat prostředky ovlivňování spinu a využívat ho k záznamu informací. Jako dosud běžně mluvíme o pohybu, přenosu elektronů v elektronice, lze nyní mluvit o přenosu spinu ve spintronice.

         Z výše uvedeného je zjevné, že spintronika má obrovský růstový potenciál. Lze totiž odhadnout, že spintronické elementy by mohly být nejen  menší (při stejné kapacitě) než ty elektronické, ale i univerzálnější, kompaktnější v tom smyslu, že by mohly zajišťovat více funkcí současně, např. funkci procesoru (pro zpracování) i paměti (pro uložení) informací. Z povahy spinu plyne, že paměť  na bázi spinu by nemusela být napájena energií, což přirozeně dále takové paměti výrazně zlevní. Dalším důležitým momentem je skutečnost, že spintronika může pracovat i s nemagnetickými, tedy i nekovovými materiály, což opět souvisí s dalším zlevněním proti současné elektronice (nehledě na omezený výskyt kovových ložisek na zemi). Spintronika si možná vystačí jen s uhlíkovými atomy, kterých je všude dostatek. Opět potenciál pro další zlevnění součástkové báze zítřka.

         Pro někoho může být tento výhled zajímavý už dnes, ale současně je vidět, že práce v rozvoji spintroniky jsou zatím stále ještě v oblasti základního výzkumu a že aplikovaný výzkum v tomto směru má ještě celou cestu před sebou. Přiovnáme-li to k rozvoji elektroniky, pak je dnešní spintronika asi tak daleko jako elektronika v 2. polovině 19. století. Proto má smysl stále rozvíjet  i současnou elektroniku, jejíž potenciál také není dosud vyčerpán.