Sirkuit terpadu dari magnon murni
Semiconductor

Sirkuit terpadu dari magnon murni


Penggandeng terarah dengan struktur atom yang terlihat digambarkan. Gelombang spin melompat dari satu saluran kawat nano ke kawat nano lainnya pada titik di mana saluran semakin dekat satu sama lain. Kredit: Niels Paul Bethe

Para peneliti yang dipimpin oleh Technische Universität Kaiserslautern (TUK) dan Universitas Wina berhasil membangun blok bangunan dasar sirkuit komputer menggunakan magnet untuk menyampaikan informasi, sebagai pengganti elektron. ‘Penambah setengah magnonik’ yang dijelaskan dalam Nature Electronics, hanya membutuhkan tiga kawat nano, dan energi yang jauh lebih sedikit daripada chip komputer terbaru.

Sebuah tim fisikawan menandai tonggak sejarah dalam pencarian komputasi yang lebih kecil dan lebih hemat energi: mereka mengembangkan sirkuit terintegrasi menggunakan bahan magnetik dan magnet untuk mengirimkan data biner, 1s dan 0s yang membentuk fondasi komputer dan smartphone saat ini.

Sirkuit baru ini sangat kecil, dengan desain 2-D yang efisien yang membutuhkan energi sekitar 10 kali lebih sedikit daripada chip komputer paling canggih yang ada saat ini, yang menggunakan teknologi CMOS. Sementara konfigurasi magnon saat ini tidak secepat CMOS, demonstrasi yang berhasil sekarang dapat dieksplorasi lebih jauh untuk aplikasi lain, seperti komputasi kuantum atau neuromorfik.

Kolaborasi yang sukses

Prototipe ini adalah puncak dari upaya empat tahun yang didanai melalui Dana Awal Dewan Riset Eropa (ERC) Andrii Chumak, dan kolaborasi erat dengan Jun.-Prof. Dr. Philipp Pirro di TUK, dan Dr. Qi Wang, yang saat ini menjadi postdoc di University of Vienna. Univ.-Prof. Chumak memulai pekerjaannya di TUK dan sekarang memimpin sebuah kelompok penelitian di Universitas Wina.

“Kami sangat senang karena kami berhasil melakukan apa yang direncanakan beberapa tahun lalu dan itu bekerja lebih baik dari yang kami harapkan,” kata Chumak. Ketika dia pertama kali mengusulkan sirkuit magnon, desainnya sangat kompleks. Dia memuji Wang, penulis utama makalah tersebut, dengan membuat desain “setidaknya 100 kali lebih baik.”

Chumak berkata, “Kami melihat sekarang bahwa sirkuit magnonik bisa sebagus CMOS, tetapi ini mungkin belum cukup jika Anda ingin memicu industri. Saya akan berasumsi bahwa Anda harus setidaknya 100 kali lebih kecil dan lebih cepat. Tapi sirkuit ini membuka peluang luar biasa di luar data biner, misalnya untuk komputasi magnonik kuantum pada suhu yang sangat rendah. ”

Pirro menambahkan, “Kami juga tertarik untuk mengadaptasi sirkuit untuk komputer neuromorfik magnonik yang terinspirasi oleh fungsi otak kita.”

Bagaimana itu bekerja

Komponen sirkuit nano berukuran kurang dari satu mikrometer, jauh lebih tipis dari rambut manusia dan hampir tidak terlihat bahkan di bawah mikroskop. Ini terdiri dari tiga kawat nano yang terbuat dari bahan magnet yang disebut garnet besi yttrium. Kabel diposisikan secara tepat dalam hubungan satu sama lain untuk membuat dua “skrup terarah” yang memandu magnet melalui kabel. Magnon adalah kuanta gelombang spin — anggap saja mereka seperti riak di permukaan kolam setelah dilempar ke dalam batu, tetapi dalam kasus ini, gelombang tersebut dibentuk oleh distorsi dalam tatanan magnetik material padat pada tingkat kuantum. Butuh banyak waktu dan upaya untuk mencari tahu panjang dan jarak kawat nano terbaik untuk menghasilkan hasil yang diinginkan. Wang mengerjakan proyek untuk gelar Ph.D. di TUK. “Ini adalah desain ke-3 atau ke-4,” katanya. “Saya menjalankan beberapa ratus simulasi untuk berbagai jenis setengah penjumlah.”

Pada penggandeng pertama, di mana dua kabel sangat berdekatan, gelombang putaran dibagi menjadi dua. Satu setengah melanjutkan ke coupler kedua, di mana ia melompat bolak-balik di antara kabel. Tergantung pada amplitudo, gelombang akan keluar dari kabel atas atau bawah, yang masing-masing berhubungan dengan biner ‘1’ atau ‘0,’. Karena rangkaian berisi dua penggandeng arah yang menambahkan dua aliran informasi, ia membentuk ‘penambah setengah,’ salah satu komponen paling universal dari chip komputer. Jutaan sirkuit ini dapat digabungkan untuk melakukan kalkulasi dan fungsi yang semakin kompleks.

“Yang biasanya membutuhkan ratusan komponen dan 14 transistor di komputer biasa, di sini hanya membutuhkan tiga kawat nano, gelombang spin, dan fisika nonlinier,” kata Pirro.

Aplikasi masa depan

Pirro, yang saat ini memimpin arah komputasi spintronik di TUK dalam kerangka pusat penelitian kolaboratif “Spin + X,” sekarang akan mengeksplorasi menggunakan sirkuit magnon untuk komputasi neuromorfik, yang mendekati pemrosesan data bukan sebagai biner, tetapi lebih seperti otak manusia. Gelombang spin jauh lebih cocok untuk sistem yang lebih kompleks dan berpotensi membawa lebih banyak informasi karena memiliki dua parameter — amplitudo, yaitu tinggi gelombang, dan fasa, yang merupakan sudut gelombang. Dalam demonstrasi saat ini, tim tidak menggunakan fase sebagai variabel untuk membuatnya tetap sederhana untuk pemrosesan data biner.

“Jika perangkat ini sudah dapat bersaing dengan CMOS, bahkan jika tidak menggunakan kekuatan penuh dari pendekatan berbasis gelombang, maka kami cukup yakin skema yang menggunakan kekuatan penuh gelombang putar dapat lebih efisien daripada CMOS. tugas, “kata Pirro. “Dan tujuan akhirnya, tentu saja, adalah menggabungkan kekuatan CMOS dan teknologi magnonik bersama-sama.”


Serat nano Magnonic membuka jalan menuju jenis komputer baru


Informasi lebih lanjut:
Q. Wang et al. Sebuah penggandeng arah magnonik untuk setengah penambah magnonik terintegrasi, Nature Electronics (2020). DOI: 10.1038 / s41928-020-00485-6

Disediakan oleh Universitas Wina

Kutipan: Sirkuit terpadu magnon murni (2020, 20 Oktober) diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-10-circuit-pure-magnons.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/