Banebrydende arbejde, der fremmer vejen for nanoskala spin-wave majoritetsporte

På den årlige konference om magnetisme og magnetiske materialer, imec, verdens førende forsknings- og innovationscenter inden for nanoelektronik og digitale teknologier, præsenterede banebrydende resultater, der understøtter opbygningen af ​​teknologirelevante majoritetsporte baseret på spin-bølger. Rapportering af to brancheførste præstationer, der er afgørende for ultralav-effekt ud over CMOS-teknologi, imec demonstrerede generering og detektering af spin-bølger i magnetiske bølgeledere i sub-mikronstørrelse med bølgelængder mindre end 350 nm, der bevæger sig over 10 mikrometer i en 500 nm bred bølgeleder, og foreslåede modeller for majoritetsdrift i nanoskala spin-bølge strukturer.

Spintronic majoritetsgate-enheder lover alternativer til CMOS-teknologi til visse applikationer, for eksempel til aritmetiske kredsløb. Majoritetsporte er enheder, hvor udgangstilstanden bestemmes af størstedelen af ​​inputs:hvis for eksempel mere end 50 procent af inputs er sande, outputtet skal returnere sandt. Outputtet fra spin-wave major gate er så baseret på interferensen af ​​multiple spin-bølger, der forplanter sig i en såkaldt spin-wave bus, eller bølgeleder. Når miniaturiseret ned til nanoskalaen, Spin-wave majoritetsporte kunne muliggøre aritmetiske kredsløb, der er meget mere kompakte og energieffektive end CMOS-baserede kredsløb.

Imec, i samarbejde med University of Kaiserslautern og Paris-Sud University, studerede spin-bølge udbredelse i en 10nm tyk magnetisk bølgeleder. Vigtigt, de fandt ud af, at spinde bølger, ophidset af en RF-drevet antenne, kan rejse mere end 10 mikrometer i en 500nm bred bølgeleder. I et andet eksperiment, de udviklede en helelektrisk detektionsmetode til karakterisering af udbredte spin-bølger i en magnetisk bus. Spinbølger med bølgelængder så små som 340 nm kunne detekteres - mere end to gange mindre end tidligere opnåede industriresultater - hvilket baner vejen mod skalerede spin-bølgeledninger.

Gennem mikromagnetiske simuleringer, driften af ​​en nanoskaleret gaffellignende spin-wave majoritetsstruktur blev demonstreret med succes. Ved disse små dimensioner, magneto-elektriske celler bruges i stedet for antenner til at excitere og detektere spin-bølgerne. Det foreslåede detektionsskema gjorde det muligt for imec at fange hovedfaseresultatet af spin-bølge-interferensen i en meget kort tidsramme, hvilket var mindre end tre nanosekunder.

"Spin-wave majoritetsporte med dimensioner i mikrostørrelse er tidligere blevet rapporteret, imidlertid, for at de skal være CMOS-konkurrencedygtige, de skal skaleres og håndtere bølger med bølgelængder på nanometerstørrelse, " sagde Iuliana Radu, fremtrædende medlem af teknisk personale, der koordinerer Beyond CMOS hos imec. "Vi foreslår her en metode til at skalere disse spin-bølge-enheder til nanometerdimensioner. Dagens exceptionelle resultater vil åbne ruter mod at bygge spin-wave-majoritetsporte, der lover at udkonkurrere CMOS-baseret logikteknologi med hensyn til effekt og arealreduktion."