p Os pesquisadores do MIT desenvolveram um novo projeto de circuito que permite o controle preciso da computação com ondas magnéticas - sem a necessidade de eletricidade. O avanço dá um passo em direção a dispositivos baseados em magnéticos práticos, que têm o potencial de computar com muito mais eficiência do que a eletrônica. p Computadores clássicos dependem de grandes quantidades de eletricidade para computação e armazenamento de dados, e gerar muito calor desperdiçado. Em busca de alternativas mais eficientes, pesquisadores começaram a projetar dispositivos "spintrônicos" com base magnética, que usam relativamente pouca eletricidade e praticamente não geram calor.

p Dispositivos spintrônicos alavancam a "onda de spin" - uma propriedade quântica dos elétrons - em materiais magnéticos com uma estrutura de rede. Esta abordagem envolve a modulação das propriedades da onda de spin para produzir alguma saída mensurável que pode ser correlacionada à computação. Até agora, a modulação de ondas de spin exigiu correntes elétricas injetadas usando componentes volumosos que podem causar ruído de sinal e negar efetivamente quaisquer ganhos de desempenho inerentes.

p Os pesquisadores do MIT desenvolveram uma arquitetura de circuito que usa apenas uma parede de domínio de largura de nanômetro em nanofilmes em camadas de material magnético para modular uma onda de spin que passa, sem quaisquer componentes extras ou corrente elétrica. Por sua vez, a onda de rotação pode ser ajustada para controlar a localização da parede, como necessário. Isso fornece controle preciso de dois estados de onda de spin em mudança, que correspondem aos 1s e 0s usados ​​na computação clássica.

p No futuro, pares de ondas de spin podem ser alimentados no circuito por meio de canais duplos, modulado para diferentes propriedades, e combinados para gerar alguma interferência quântica mensurável - semelhante a como a interferência da onda de fótons é usada para computação quântica. Os pesquisadores levantam a hipótese de que tais dispositivos spintrônicos baseados em interferência, como computadores quânticos, pode executar tarefas altamente complexas com as quais os computadores convencionais lutam.

p "As pessoas estão começando a buscar a computação além do silício. A computação em ondas é uma alternativa promissora, "diz Luqiao Liu, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) e pesquisador principal do Grupo Spintrônico de Materiais e Dispositivos do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica. "Usando esta parede estreita de domínio, podemos modular a onda de spin e criar esses dois estados separados, sem quaisquer custos reais de energia. Contamos apenas com ondas de spin e material magnético intrínseco. "

p Juntando-se a Liu no jornal Ciência papel são Jiahao Han, Pengxiang Zhang, e Justin T. Hou, três alunos de pós-graduação no Grupo Spintrônico de Material e Dispositivos; e o pós-doutorado do EECS Saima A. Siddiqui.

p Invertendo magnons

p As ondas de spin são ondulações de energia com pequenos comprimentos de onda. Pedaços da onda de spin, que são essencialmente o spin coletivo de muitos elétrons, são chamados de magnons. Embora os magnons não sejam partículas verdadeiras, como elétrons individuais, eles podem ser medidos de forma semelhante para aplicativos de computação.

p Em seu trabalho, os pesquisadores utilizaram uma "parede de domínio magnético personalizada, "uma barreira do tamanho de um nanômetro entre duas estruturas magnéticas vizinhas. Eles colocaram uma camada de nanofilmes de cobalto / níquel - cada um com alguns átomos de espessura - com certas propriedades magnéticas desejáveis ​​que podem lidar com um alto volume de ondas de spin. Em seguida, colocaram a parede no meio de um material magnético com uma estrutura de rede especial, e incorporou o sistema em um circuito.

p De um lado do circuito, os pesquisadores excitaram ondas de spin constantes no material. Conforme a onda atravessa a parede, seus magnons giram imediatamente na direção oposta:Magnons na primeira região giram para o norte, enquanto aqueles na segunda região - além da parede - giram para o sul. Isso causa uma mudança dramática na fase da onda (ângulo) e uma ligeira diminuição na magnitude (potência).

p Em experimentos, os pesquisadores colocaram uma antena separada no lado oposto do circuito, que detecta e transmite um sinal de saída. Os resultados indicaram que, em seu estado de saída, a fase da onda de entrada mudou 180 graus. A magnitude da onda - medida do pico mais alto ao mais baixo - também diminuiu significativamente.

p Adicionando algum torque

p Então, os pesquisadores descobriram uma interação mútua entre a onda de spin e a parede do domínio que lhes permitiu alternar com eficiência entre dois estados. Sem a parede do domínio, o circuito seria magnetizado uniformemente; com a parede do domínio, o circuito tem uma divisão, onda modulada.

p Ao controlar a onda de spin, eles descobriram que podiam controlar a posição da parede do domínio. Isso se baseia em um fenômeno chamado, "torque de transferência de rotação, "que é quando os elétrons girando essencialmente sacodem um material magnético para mudar sua orientação magnética.

p No trabalho dos pesquisadores, eles aumentaram o poder das ondas de spin injetadas para induzir um certo spin dos magnons. Na verdade, isso atrai a parede em direção à fonte de onda impulsionada. Ao fazer isso, a parede fica presa sob a antena - tornando-a efetivamente incapaz de modular ondas e garantindo magnetização uniforme neste estado.

p Usando um microscópio magnético especial, eles mostraram que este método causa uma mudança no tamanho do micrômetro na parede, o que é suficiente para posicioná-lo em qualquer lugar ao longo do bloco de material. Notavelmente, o mecanismo de torque de transferência de spin magnon foi proposto, mas não demonstrado, alguns anos atrás. "Havia uma boa razão para pensar que isso aconteceria, "Liu diz." Mas nossos experimentos provam o que realmente ocorrerá nessas condições. "

p Todo o circuito é como um cano de água, Liu diz. A válvula (parede de domínio) controla como a água (onda de rotação) flui através do tubo (material). "Mas você também pode imaginar tornando a pressão da água tão alta, ele quebra a válvula e empurra rio abaixo, "Liu diz." Se aplicarmos uma onda de spin forte o suficiente, podemos mover a posição da parede do domínio - exceto que ela se move ligeiramente para cima, não a jusante. "

p Essas inovações podem permitir a computação prática baseada em ondas para tarefas específicas, como a técnica de processamento de sinal, chamada de "transformação rápida de Fourier". Próximo, os pesquisadores esperam construir um circuito de onda funcional que possa executar cálculos básicos. Entre outras coisas, eles têm que otimizar materiais, reduzir o ruído potencial do sinal, e estude mais com que rapidez eles podem alternar entre os estados movendo-se ao redor da parede do domínio. "Esse é o próximo em nossa lista de tarefas, "Liu diz.