Spineille aaltojohteinen verkko

Uusi menetelmä mahdollistaa suurten verkkojen pystyvän käsittelemään tulevaisuuden informaatiota.

Tekoälysovellusten nopea kasvu on asettanut yhä suurempia vaatimuksia energiainfrastruktuurillemme. Tämä on yksi syy löytää energiaa säästäviä ratkaisuja tekoälylaitteistolle. Yksi lupaava idea on spinaaltojen käyttö informaation käsittelyyn.

Fyysikko professori Rudolf Bratschitschin johtama Münsterin ja Heidelbergin yliopistojen ryhmä on nyt kehittänyt uuden tavan tuottaa aaltojohteita, joissa spinaallot voivat levitä tavallista kauemmas.

He ovat näin luoneet tähän mennessä suurimman spinaaltoisen johdeverkon. Lisäksi ryhmä onnistui hallitsemaan tarkasti aaltojohteessa lähetetyn spinaallon ominaisuuksia. He pystyivät esimerkiksi muuttamaan tarkasti spinaallon aallonpituutta ja heijastumista tietyllä rajapinnalla.

Elektronin spin on kvanttimekaaninen suure, jota kuvataan myös ominaisliikemääränä. Useiden spinien järjestäytyminen materiaalissa määrää sen magneettiset ominaisuudet. Jos magneettiseen materiaaliin kohdistetaan vaihtovirta antennin avulla, jolloin syntyy muuttuva magneettikenttä, materiaalin spinit voivat synnyttää spin-aallon.

Spin-aaltoja on jo käytetty yksittäisten komponenttien, kuten binääritulosignaalit binäärilähtösignaaleiksi käsittelevien logiikkaporttien tai eri tulosignaalien valitsevien multipleksereiden luomiseen.

Tähän asti komponentteja ei kuitenkaan ole yhdistetty suuremman piirin muodostamiseksi. ”Se, että elektroniikassa käytettyjen kaltaisia suurempia verkkoja ei ole vielä toteutettu, johtuu osittain spin-aaltojen voimakkaasta vaimenemisesta yksittäisiä kytkentäelementtejä yhdistävissä aaltojohteissa – varsinkin jos ne ovat mikrometriä kapeampia ja siten nanomittakaavassa”, Rudolf Bratschitsch selittää.

Ryhmä käytti materiaalia, jolla on tällä hetkellä tunnettu pienin vaimennus: yttriumrautagranaattia (YIG). Tutkijat piirsivät yksittäisiä spin-aaltojohteita tämän magneettisen materiaalin 110 nanometrin ohueen kalvoon pii-ionisuihkun avulla ja tuottivat suuren verkon. Se koostuu 34 rinnakkaisesta tuloportista, 198 risteyksestä ja 34 lähdöstä.

Tutkimuksen tulokset tasoittavat tietä edistyneiden magnonisten verkkojen toteuttamiselle, joilla on vertaansa vailla oleva ohjaus, ja jännittäville mahdollisuuksille pienihäviöisten laajamittaisten spin-aaltoisen laskentajärjestelmien toteuttamiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla

Spinaalloilla pitkälle

Spinaaltoja nanoelektroniikkaan