En prototype til en spin-wave majoritetslogikport, der bruger bølgeinterferens til informationsbehandling

Computerelektronik krymper til små nok størrelser til, at de meget elektriske strømme, der ligger til grund for deres funktioner, ikke længere kan bruges til logiske beregninger på måder fra deres større forfædre. En traditionel halvlederbaseret logikport kaldet en majoritetsport, for eksempel, udgange, der matcher enten tilstanden "0" eller "1", der omfatter mindst to af dets tre indgangsstrømme (eller ækvivalent, tre spændinger). Men hvordan bygger du en logisk port til enheder, der er for små til klassisk fysik?

En nylig eksperimentel demonstration, hvis resultater offentliggøres i denne uge i Anvendt fysik bogstaver , fra AIP Publishing, bruger interferens af spin-bølger-synkrone bølger af elektron-spin-justering observeret i magnetiske systemer. Spinbølge-majoritetsportprototypen, lavet af Yttrium-jern-granat, kommer ud af et nyt kollaborativt forskningscenter finansieret af det tyske forskningsfond, kaldet Spin+X. Arbejdet er også blevet støttet af EU inden for projektet InSpin og er blevet udført i samarbejde med det belgiske nanoteknologiske forskningsinstitut IMEC.

"Mottoet for forskningscentret Spin+X er 'spin i sit kollektive miljø, 'så det sigter grundlæggende på at undersøge enhver form for interaktion af spins - med lys og stof og elektroner og så videre, "sagde Tobias Fischer, en doktorand ved universitetet i Kaiserslautern i Tyskland, og hovedforfatter af papiret. "Mere eller mindre er det hovedbillede, vi sigter mod, at anvende spin-bølger i informationsbehandling. Spinbølger er de grundlæggende excitationer af magnetiske materialer."

Så i stedet for at bruge klassiske elektriske strømme eller spændinger til at sende inputinformation til en logisk gate, det Kaiserslautern-baserede internationale team bruger vibrationer i et magnetisk materiales kollektive spin-i det væsentlige skaber nanoskala bølger af magnetisering, som derefter kan forstyrre produktion af boolske beregninger.

"Du har atommagnetiske øjeblikke i dit magnetiske materiale, som interagerer med hinanden og på grund af denne interaktion, der er bølgelignende excitationer, der kan forplante sig i magnetiske materialer, "Fischer sagde." Den særlige enhed, vi undersøgte, er baseret på interferensen af ​​disse bølger. Hvis du bruger bølgeeksitationer i stedet for strømme [...], kan du gøre brug af bølgeinterferens, og det har visse fordele. "

Brug af bølgeinterferens til at producere majoritetsportens output giver to parametre, der skal bruges til at styre information:bølgens amplitude, og fase. I princippet, det gør dette koncept mere effektivt også, da en majoritetsport kan erstatte op til 10 transistorer i moderne elektroniske enheder.

"Enheden, vi undersøgte, består af tre input, hvor vi ophidser bølger, og de kombinerer, "Fischer sagde." Afhængigt af inputfaserne, hvor du koder for oplysningerne, der bestemmer fasen af ​​udgangssignalet, derfor, definerer den logiske udgangstilstand '0' eller '1'. Det er faktisk informationsbehandling, og det er det, vi ønsker. "

Denne første enhedsprototype, selvom det er fysisk større end hvad Fischer og hans kolleger ser til senere brug i stor stil, demonstrerer tydeligt anvendelsen af ​​spin-wave fænomener til pålidelig informationsbehandling ved GHz-frekvenser.

Fordi bølgelængderne af disse spinbølger let reduceres til nanoskalaen, så også (dog måske ikke helt så let) kan være porten selv. Hvis du gør det, kan det faktisk forbedre funktionaliteten, reducere dens følsomhed over for uønskede feltudsving. Udover, nano-skalering vil øge spin-wave hastigheder, der vil give mulighed for en stigning i computerhastighed.

"Det, vi sigter efter, er miniaturisering af enheden, og jo mindre du laver enheden, jo mindre følsom den bliver over for disse påvirkninger, "Sagde Fischer." Hvis du ser på, hvor mange bølgelængder der passer ind i denne formeringslængde, jo færre der er, jo mindre indflydelse en ændring af bølgelængden har på output. Så grundlæggende ville nedskalering af enheden også have flere fordele. "

Desuden, meget gerne antenner, en enkelt enhed kan betjenes ved flere frekvenser samtidigt. Dette giver mulighed for parallel computing ved hjælp af den samme "kerne" i en fremtidig spin-wave-processor.

"En af mine kolleger i Kaiserslautern er til spin-wave multiplexing og de-multiplexing, "Sagde Fischer." Vi går også i den retning, at bruge flere frekvenser, og det ville være et godt kompliment [...] til denne majoritetsport. "