Integroitu piiri magnoneilla

Suuntakytkin, jolla on näkyvä atomirakenne, on kuvattu. Spin-aalto hyppää yhdestä nanojohdosta toiseen nanojohtimeen siinä pisteessä, jossa putket ovat lähestymässä toisiaan.

Technische Universität Kaiserslauternin (TUK) ja Wienin yliopiston johtamat tutkijat rakensivat onnistuneesti tietokonepiirien perusrakenteen, jossa käytetään magnoneja bitti-informaation välittämiseen elektronien sijasta.

Monia magnonisia piirikomponentteja on jo kehitetty mutta tutkitut suuntakytkimet ovat jääneet epäkäytännöllisiksi.

Toteutettu magnoninen puolisummain vaatii vain kolme nanojohdinta ja paljon vähemmän energiaa kuin uusimmat tietokonepiirit.

Uusi piiri on erittäin pieni ja virtaviivainen 2D-rakenne, joka vaatii noin 10 kertaa vähemmän energiaa kuin nykypäivän edistyneimmät CMOS-tekniikkaa käyttävät tietokoneohjelmat. Vaikka nykyinen magnonikokoonpano ei ole yhtä nopea kuin CMOS, onnistunutta esittelyä voidaan nyt tutkia edelleen muissa sovelluksissa, kuten kvantti- tai neuromorfisessa laskennassa.

Magnonit ovat spinaaltojen kvantteja, jotka muodostuvat kiinteän materiaalin magneettisen järjestyksen vääristymisistä kvanttitasolla.

Koska piiri sisältää kaksi suuntakytkintä, jotka yhdistävät kaksi informaatiovirtaa, se muodostaa puolisummaimen, yhden tietokonepiirien yleisimmistä komponenteista. Miljoonia tällaisia piirejä voidaan yhdistää yhä monimutkaisempien laskelmien ja toimintojen suorittamiseksi.

"Se, mikä tavallisesti vaatii satoja komponentteja ja 14 transistoria tavallisissa tietokoneissa, vaatii tässä vain kolme nanojohtoa, spinaallon ja epälineaarisen fysiikan", sanoo TUK:n Philipp Pirro.

Pirro, joka tällä hetkellä johtaa spintronisen laskennan suuntaa TUKissa yhteistyötutkimuskeskuksen Spin+X:n puitteissa, tutkii nyt magneettipiirin käyttöä neuromorfiseen laskentaan, joka lähestyy tietojenkäsittelyä binäärisenä, mutta enemmän ihmisaivojen tapaan.

Spinaallot soveltuvat paljon paremmin monimutkaisemmille järjestelmille ja niillä on mahdollisuus kuljettaa enemmän informaatiota, koska niillä on kaksi parametria – amplitudi ja vaihe. Nykyisessä työssä ryhmä ei käyttänyt vaihetta muuttujana pitääkseen rakenteensa yksinkertaisena binäärisen tietojenkäsittelyn kannalta.

"Jos tämä laite pystyy jo kilpailemaan CMOS:n kanssa, vaikka se ei käyttäisikään aaltopohjaisen lähestymistavan täyttä tehoa, voimme olla varmoja siitä, että spinaallon täydellä teholla käytettävä järjestelmä voi olla tehokkaampi kuin CMOS tietyille tehtäville", toteaa Pirro Wienin yliopiston tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla

Miten olisi magnonielektroniikka?