Магнонный коммутатор впервые заработал при комнатной температуре

Магнонами называют спиновые волны, которые распространяются в магнитных материалах. Такие волны в принципе могут применяться для переноса и обработки информации, а поскольку при их движении электроны остаются на месте, магнонные (или спинтронные) процессоры будут выделять значительно меньше тепла, чем их электронные эквиваленты.

Но для построения спиновой логики в первую очередь требуется создать механизм коммутации, контролирующий передачу магнонных сигналов в устройстве. Новый способ решения этой задачи продемонстрировала сводная команда учёных Национального Института стандартов и технологий (NIST) и Массачусетского технологического института (MIT).

От уже известных решений, над которыми работают в других лабораториях, метод NIST/MIT отличается в двух важных отношениях. Во-первых, компоненты переключателя могут создаваться на кремнивой основе, а не на подложках из дорогих и экзотических материалов, вроде гадолиний-галлиевого граната (GGG). Во-вторых, для эффективной работы такого коммутатора впервые не требуется замораживания, он отлично функционирует при комнатной температуре.

«Это строительный блок, который может открыть дорогу новому поколению высокоэффективных компьютерных технологий, — сказал участник команды, Патрик Квотерман (Patrick Quarterman), физик из Центра нейтронных исследований NIST (NCNR). — Другие группы получали и контролировали магноны в материалах, которые плохо интегрируются с компьютерными чипами, в то время как наше решение базируется на кремнии. Это намного лучше подходит для промышленности».

Ключом к изобретению нового механизма магнонной коммутации стало открытие, сделанное в NCNR при исследовании магнитного поведения экспериментального устройства методом нейтронной рефлектометрии. Было обнаружено неожиданное, но очень перспективное взаимодействие между двумя тонкоплёночными слоями. В зависимости от интенсивности внешнего магнитного поля материалы самоорганизовывались разными способами, принимая состояния «включено», «выключено», а также значения между «1» до «0».

Последнее обстоятельство открывает возможность использования магнонных коммутаторов в качестве не только двоичных отсекателей, но и вентилей для аналоговых вычислений.