Edistysaskeleita magnoniikalle ja spintroniikalle

Magnoniikan alalla tapahtuneen läpimurron ansiosta EPFL:n tutkijat ovat lähettäneet ja tallentaneet dataa käyttämällä varauksettomia magneettisia aaltoja perinteisten elektronivirtojen sijaan. Löytö voisi ratkaista energianhimoisen laskentatekniikan dilemman big datan aikakaudella.

Perinteisten tekniikoiden parissa muisti-intensiivisiä koneoppimis- ja tekoälysovelluksia rajoittaa muistin ja prosessorin välisen datan muuntaminen.

Magnonit ovat spinaaltojen kvantteja. Niiden kulmamomentti mahdollistaa tehotehokkaan laskennan ilman varausvirtaa. Muunnosongelma ratkeaisi, jos spinaallon amplitudit voitaisiin tallentaa suoraan magneettiseen muistiin.

Tohtoriopiskelija Korbinian Baumgaertl inspiroitui kehittämään tarkasti suunniteltuja YIG-nanomagneettirakenteita tehdessään muita kokeita kaupallisella ferrimagneettisella eristeellä, yttriumrautagranaatilla (YIG), jonka pinnalla oli nanomagneettisia nauhoja. Hän onnistui herättämään spinaaltoja YIG:ssä tietyillä gigahertsitaajuuksilla käyttämällä radiotaajuisia signaaleja ja – mikä tärkeintä – kääntämään pinnan nanomagneettien magnetisoinnin.

"Näiden nanomagneettien kaksi mahdollista suuntaa edustavat magneettisia tiloja 0 ja 1, mikä mahdollistaa digitaalisen tiedon koodaamisen ja tallentamisen", Grundler selittää.

"Voimme nyt osoittaa, että samoja aaltoja, joita käytämme tietojenkäsittelyyn, voidaan käyttää magneettisten nanorakenteiden vaihtamiseen niin, että meillä on myös haihtumaton magneettinen tallennustila samassa järjestelmässä", Grundler selittää.

Tämä kyky käsitellä ja tallentaa dataa samaan paikkaan antaa tekniikalle mahdollisuuden muuttaa nykyistä laskenta-arkkitehtuurin paradigmaa lopettaen prosessorien ja muistitallennusten energiatehoton erottaminen ja saavuttamalla niin kutsutun muistin sisäisen laskennan tekniikan.

Minnesotan yliopiston tutkijat yhdessä National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tiimin kanssa ovat kehittäneet läpimurtoprosessin entistä pienempien ja tehokkaampien spintronisten piirien valmistamiseksi.

Alan standardin mukainen spintroninen materiaali, kobolttirautaboori, on saavuttanut skaalautuvuutensa rajat. Nyt tutkijat pystyivät kasvattamaan rautapalladiumia piikiekolla käyttämällä 8 tuuman kiekkoa ja ultrakorkeaa tyhjiön sputterointijärjestelmää.

"Tämä työ osoittaa ensimmäistä kertaa maailmassa, että voit kasvattaa tätä materiaalia, joka voidaan skaalata pienemmäksi kuin viiteen nanometriin, puolijohdeteollisuuden kanssa yhteensopivan substraatin päälle, niin kutsutussa CMOS+X-strategiossa" selvittää Deyuan Lyu, ensimmäinen kirjoittaja paperilla ja Ph.D.

Aiheista aiemmin:

Miten olisi magnonielektroniikka?