Los investigadores del MIT han ideado un diseño de circuito novedoso que permite un control preciso de la computación con ondas magnéticas, sin necesidad de electricidad. El avance da un paso hacia dispositivos prácticos basados en magnéticos, que tienen el potencial de computar de manera mucho más eficiente que la electrónica.
Las computadoras clásicas dependen de cantidades masivas de electricidad para la informática y el almacenamiento de datos, y generan una gran cantidad de calor desperdiciado. En busca de alternativas más eficientes, los investigadores han comenzado a diseñar dispositivos "spintrónicos" basados en magnéticos, que usan relativamente poca electricidad y generanprácticamente sin calor.
Los dispositivos espintrónicos aprovechan la "onda de espín", una propiedad cuántica de los electrones, en materiales magnéticos con una estructura reticular. Este enfoque implica modular las propiedades de la onda de espín para producir una salida medible que pueda correlacionarse con el cálculo. Hasta ahora,La modulación de las ondas de giro ha requerido corrientes eléctricas inyectadas utilizando componentes voluminosos que pueden causar ruido de señal y negar efectivamente cualquier ganancia de rendimiento inherente.
Los investigadores del MIT desarrollaron una arquitectura de circuito que usa solo una pared de dominio de un nanómetro de ancho en nanofilms en capas de material magnético para modular una onda de giro que pasa, sin ningún componente adicional o corriente eléctrica. A su vez, la onda de spin puede ajustarse para controlarla ubicación de la pared, según sea necesario. Esto proporciona un control preciso de dos estados cambiantes de la onda de giro, que corresponden a los 1s y 0s usados en la computación clásica.
En el futuro, los pares de ondas de espín podrían alimentarse al circuito a través de canales duales, modularse para diferentes propiedades y combinarse para generar alguna interferencia cuántica medible, similar a cómo se usa la interferencia de onda de fotones para la computación cuántica. Los investigadores plantean la hipótesis de quetales dispositivos espintrónicos basados en interferencia, como las computadoras cuánticas, podrían ejecutar tareas altamente complejas con las que luchan las computadoras convencionales.
"La gente está comenzando a buscar computación más allá del silicio. La computación en onda es una alternativa prometedora", dice Luqiao Liu, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación EECS e investigador principal del Grupo de Material y Dispositivos Espintrónicos enel Laboratorio de Investigación de Electrónica. "Al usar esta pared de dominio estrecho, podemos modular la onda de rotación y crear estos dos estados separados, sin ningún costo real de energía. Solo confiamos en ondas de rotación y material magnético intrínseco".
Jiahao Han, Pengxiang Zhang y Justin T. Hou, tres estudiantes de posgrado en el Grupo de Material y Dispositivos Espintrónicos, y el postdoc EECS Saima A. Siddiqui se unen a Liu en el papel.
voltear magnones
Las ondas de giro son ondas de energía con pequeñas longitudes de onda. Los fragmentos de la onda de giro, que son esencialmente el giro colectivo de muchos electrones, se llaman magnones. Si bien los magnones no son partículas verdaderas, como los electrones individuales, se pueden medir de manera similar para la computaciónaplicaciones.
En su trabajo, los investigadores utilizaron una "pared de dominio magnético" personalizada, una barrera de tamaño nanométrico entre dos estructuras magnéticas vecinas. En capas, un patrón de nanofilms de cobalto / níquel, cada uno de unos pocos átomos de espesor, con ciertos magnéticos deseablespropiedades que pueden manejar un gran volumen de ondas de rotación. Luego colocaron la pared en el medio de un material magnético con una estructura de celosía especial e incorporaron el sistema en un circuito.
En un lado del circuito, los investigadores excitaron ondas de rotación constantes en el material. A medida que la onda pasa a través de la pared, sus magnones giran inmediatamente en la dirección opuesta: los magnones en la primera región giran hacia el norte, mientras que los de la segunda región- más allá de la pared - gire hacia el sur. Esto provoca un cambio dramático en la fase ángulo de la onda y una ligera disminución en la magnitud potencia.
En experimentos, los investigadores colocaron una antena separada en el lado opuesto del circuito, que detecta y transmite una señal de salida. Los resultados indicaron que, en su estado de salida, la fase de la onda de entrada se volcó 180 grados. La magnitud de la onda -- medido del pico más alto al más bajo - también había disminuido en una cantidad significativa
Agregando algo de torque
Entonces, los investigadores descubrieron una interacción mutua entre la onda de rotación y la pared del dominio que les permitió alternar eficientemente entre dos estados. Sin la pared del dominio, el circuito estaría magnetizado uniformemente; con la pared del dominio, el circuito tiene una división, moduladaola.
Al controlar la onda de rotación, descubrieron que podían controlar la posición de la pared de dominio. Esto se basa en un fenómeno llamado "par de transferencia de rotación", que es cuando los electrones en rotación sacuden esencialmente un material magnético para voltear su orientación magnética.
En el trabajo de los investigadores, aumentaron el poder de las ondas de giro inyectadas para inducir un cierto giro de los magnones. Esto realmente atrae la pared hacia la fuente de onda aumentada. Al hacerlo, la pared se atasca debajo de la antena, efectivamentehaciendo que no pueda modular las ondas y garantizando una magnetización uniforme en este estado.
Utilizando un microscopio magnético especial, demostraron que este método provoca un cambio de tamaño de micrómetro en la pared, que es suficiente para colocarlo en cualquier lugar a lo largo del bloque de material. En particular, se propuso el mecanismo de par de transferencia de espín magnon, pero nose demostró hace unos años. "Había buenas razones para pensar que esto sucedería", dice Liu. "Pero nuestros experimentos demuestran lo que realmente ocurrirá en estas condiciones".
Liu dice que todo el circuito es como una tubería de agua. La válvula pared de dominio controla cómo fluye el agua onda de rotación a través de la tubería material ". Pero también puede imaginarse haciendo que la presión del agua sea tan alta que se rompela válvula se cierra y la empuja hacia abajo ", dice Liu." Si aplicamos una onda de giro lo suficientemente fuerte, podemos mover la posición de la pared del dominio, excepto que se mueve ligeramente hacia arriba, no hacia abajo ".
Dichas innovaciones podrían permitir la computación práctica basada en ondas para tareas específicas, como la técnica de procesamiento de señales, llamada "transformación rápida de Fourier". A continuación, los investigadores esperan construir un circuito de ondas que funcione que pueda ejecutar cálculos básicos. Entre otras cosas, tienen que optimizar los materiales, reducir el ruido potencial de la señal y estudiar más a fondo qué tan rápido pueden cambiar de estado moviéndose alrededor de la pared del dominio. "Eso es lo siguiente en nuestra lista de cosas por hacer", dice Liu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Rob Matheson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :