Kiraalisia skyrmion-virtoja voidaan käyttää logiikkaan

Magneettisissa materiaaleissa, joissa on epäsymmetrisiä vaihtovuorovaikutuksia, voi esiintyä uudenlaisia hiukkasmaisia spin-tekstuureja, joita kutsutaan magneettisiksi skyrmioneiksi, ja niitä voidaan manipuloida elektroneilla.

Skyrmionit toimivat haihtumattomina informaation kantajina ja ne ovat keskeisiä elektronisissa ja spintronisissa laitteissa.

Viimeisen vuosikymmenen aikana useimmat alan julkaistut raportit, sekä kokeelliset että teoreettiset, ovat keskittyneet yksittäisten eristettyjen magneettisten skyrmionien sovelluksiin.

Eristetyt magneettiset skyrmionit ovat kuitenkin nanopartikkelimaisia kappaleita, kuten vesimolekyylejä, joita on erittäin vaikea manipuloida tarkasti. Tämän seurauksena skyrmionipohjaisen muistin ja logiikan toteuttaminen on pysynyt merkittävänä haasteena magneettisten skyrmionien ensimmäisestä havainnosta lähtien.

Erityisesti eristettyihin skyrmioneihin perustuvan logiikkalaskennan perusoperaatiot, kuten yksittäisen skyrmionin tarkka kopiointi kahdeksi skyrmioniksi sekä kahden skyrmionin yhdistäminen yhdeksi, ovat erittäin vaikeasti saavutettavissa.

Äskettäin Wasedan yliopiston professori Masahito Mochizukin johtama tiedemiesryhmä on tutkinut monien nanorakenteisissa laitteissa virtaavien magneettisten skyrmionien fluidikäyttäytymistä.

Tutkimuksessa tutkijat raportoivat mullistavasta lähestymistavasta skyrmion-logiikan toteuttamiseksi fluidiperiaatteiden pohjalta, eli maailman ensimmäisestä kiraalisiin skyrmion-virtoihin perustuvasta logiikkaportista.

He osoittivat laskennallisten simulaatioiden avulla, että magneettisia skyrmioneja voidaan helposti manipuloida ja ne toimivat kuten nanofluidikanavissa virtaava vesi, mikä vähentää merkittävästi skyrmion-elektroniikkateknologian monimutkaisuutta.

Nanoskaalaisissa laitteissa veden virtauksen ohjaaminen on huomattavasti helpompaa kuin yksittäisen vesimolekyylin ohjaaminen; sama pätee hiukkasmaisiin skyrmioneihin.

Virtaaviin skyrmioneihin perustuva nanofluidinen logiikka eliminoi yksittäisen skyrmionin deterministisen luomisen, tarkan ohjauksen ja havaitsemisen tarpeen laitteen toiminnassa.

Periaatteessa skyrmionien terminen stabiilisuus ja tuhoutuminen lakkaavat olemasta merkittävä huolenaihe fluidisessa logiikassa skyrmionien tuloportin dynaamisen syötön ansiosta. Lisäksi yksittäistä skyrmionia ei tarvitse poistaa, luoda uudelleen tai kopioida fluidisissa logiikkaporteissa.

Aiheesta aiemmin:

Skyrmioneja ohjaavia transistoreita

Uusia topologisia ilmiöitä

Skyrmionit lukevat käsialaa