Исследователи Массачусетского технологического института разработала новый дизайн схемы, которая позволяет четко контролировать вычисления с помощью магнитных волн — без электричества. Заранее делает шаг к практической магнитно-устройств, которые имеют потенциал, чтобы вычислить гораздо более эффективно, чем электроника.
Классические компьютеры используют огромное количество электроэнергии для вычислений и хранения данных, а также генерировать большое выделение тепла. В поисках более эффективных альтернатив, исследователи приступили к проектированию магнитной основе «спинтронных» устройств, которые потребляют относительно немного электроэнергии и производят практически никакую жару.
Спинтронных устройств использовать «спин-волновых» — квантовые свойства электронов в магнитных материалах с сетчатой структуры. Этот подход включает в себя модуляции спин-волновых свойств, чтобы произвести некоторые измеримые результаты, которые могут быть связаны с вычислением. До сих пор, модулируя спиновых волн требует вводили электрические токи, используя громоздкие компоненты, которые могут вызвать помехи и эффективно свести на нет любые присущие прирост производительности.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали схему архитектура, которая использует только нанометра шириной доменных границ в многослойных нанопленок из магнитного материала, чтобы модулировать проходящий спин-волновых, без каких-либо дополнительных компонентов или электрического тока. В свою очередь, спиновые волны могут быть настроены для контроля местоположения стены, по мере необходимости. Это обеспечивает точный контроль два изменения спиновых состояний волны, которые соответствуют 1 и 0 используются в классических вычислений.
В будущем, пар спиновых волн может быть подана в цепь через два канала, модулирован на различные свойства, и в сочетании, чтобы создать некоторые измеримые квантовая интерференция — подобно тому, как фотон интерференции волн используется для квантовых вычислений. Исследователи предполагают, что подобное вмешательство на основе спинтронных устройств, таких как квантовые компьютеры могут выполнять очень сложные задачи, которые обычные компьютеры с борьбой.
«Люди начинают искать вычислений за пределы кремния. Волны вычислений является перспективной альтернативой», — говорит Тайчжоу Лю, профессор кафедры электротехники и компьютерных наук (ЕЭКУ) и главный исследователь спинтронных материалов и группы устройств в научно-исследовательской лаборатории электроники. «С помощью этой узкой доменной стенки, мы можем модулировать волны спиновой и создать два отдельных государства, без каких-либо реальных затрат энергии. Мы просто полагаемся на спиновых волн и собственного магнитного материала».
Вступление Лю на бумаге Хань Цзяхао, Pengxiang Чжан, и Джастин т. Хоу, три аспиранта спинтронных материалов и группы устройств; и Ремо постдок Саймы А. Сиддики.
Листать магнонов
Спиновые волны пульсации энергии с малыми длинами волн. Куски спиновые волны, которые по сути являются коллективной спина многие электроны, называются магнонами. Пока магнонов не являются истинными частицами, как электроны, они могут быть измерены точно так же для вычислительных приложений.
В своей работе ученые использовали подгонять «магнитной доменной стенки,» с наноразмерным барьер между двумя соседними магнитными структурами. Они многослойный шаблон нанопленок кобальта/никеля-каждая толщиной несколько атомов, с определенными положительными магнитными свойствами, которые могут справиться с большим объемом спиновых волн. Затем они сложили стену в середине магнитного материала со специальной структурой решетки, и включила в сеть.
На одной стороне цепи, исследователи взволнованы постоянной спиновых волн в материале. Как волна проходит сквозь стены, его магнонов сразу крутиться в обратном направлении: магнонов в первой области спина к северу, в то время как в Второй области — мимо стены — спин юг. Это вызывает резкое смещение волны фаза (угол) и незначительное снижение величины (мощности).
В экспериментах исследователи помещали отдельной антенны на противоположной стороне контура, который обнаруживает и передает выходной сигнал. Результаты показали, что на состояние выхода, фазы входного волны перевернут на 180 градусов. Величина волны — измеряется от самого высокого до самого низкого пика — уменьшились на значительную сумму.
Добавление некоторых крутящего момента
Затем, исследователи обнаружили взаимодействия между спин-волновых и доменной стенки, что позволяет им эффективно переключаться между двумя государствами. Без доменной стенки, схема будет равномерно намагниченный; с доменной стенки, в схеме имеется сплит, модулированные волны.
Контролируя спиновой волны, они обнаружили, что могут контролировать положение доменной стенки. Это опирается на феномен, называемый, «спин-передача крутящего момента», который при вращении электронов по существу толчок магнитного материала, чтобы перевернуть свою магнитную ориентацию.
В работе исследователей, они увеличили силу вводят спиновых волн, чтобы вызвать определенную спина магнонов. Это на самом деле рисует стены к росту исходной волны. При этом стенки заклинивает под антенны — эффективно делая его неспособным к модуляции волн и обеспечения равномерной намагниченности в таком состоянии.
С помощью специального магнитного микроскопа, показали, что этот метод вызывает микрометр-размер сдвига в стене, которой достаточно для установки его в любом месте вдоль блока материала. В частности, механизм спин-перевод Магнон крутящий момент был предложен, но не показал, несколько лет назад. «Есть веские основания думать, что это случится», — говорит Лю. «Но наши эксперименты доказывают, что на самом деле происходит в этих условиях».
Вся цепь, как водопроводная труба, говорит Лю. Клапан (доменной стенки) контролирует, как вода (спиновой волны) протекает через трубы (материал). «Но вы можете также представьте, что давление воды настолько высоко, он ломает клапана и толкает его вниз по течению», — говорит Лю. «Если мы применяем достаточно сильной спиновой волны, мы можем переместить положение доменной стенки — разве он перемещается немного вверх, а не вниз по течению.»
Такие нововведения позволят практические волновых вычислений для решения конкретных задач, например обработки сигналов метод, который называется «быстрое преобразование Фурье». Далее, исследователи надеются создать рабочую волну цепи, которые могут выполнить элементарные вычисления. Среди прочего, они должны оптимизировать материалов, снизить возможные шумы сигнала, и дальнейшей учебы, как быстро они могут переключаться между государствами путем перемещения вокруг доменной стенки. «Что будет дальше в нашем списке», — говорит Лю.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!