Implementação e reconfiguração de portas lógicas baseadas em skyrmions magnéticos em um único nanotrack

(a) Ilustrações de skyrmions magnéticos do tipo Néel com diferentes cargas topológicas e número de helicidade. (b) Dispositivo lógico de nanofaixa única baseado em Skyrmions com duas entradas em ambas as extremidades e uma saída no meio. Crédito:Science China Press

Em uma única nanopista, uma equipe de pesquisa conseguiu a aniquilação, fusão e desvio de dois skyrmions com quiralidade oposta através da reversão local do DMI, bem como o efeito de fixação de barreiras de energia em skyrmions.
Este estudo foi liderado pelo Prof. Hongxin Yang (Instituto Ningbo de Tecnologia e Engenharia de Materiais, Academia Chinesa de Ciências) e Dr. Dongxing Yu (Instituto Ningbo de Tecnologia e Engenharia de Materiais, Academia Chinesa de Ciências). Cálculos de primeiros princípios foram conduzidos pelo Prof. Hongxin Yang, e simulações micromagnéticas da dinâmica de skyrmion magnético foram realizadas por Dongxing Yu.

"Esses comportamentos dinâmicos de skyrmions magnéticos são muito viáveis para o projeto de dispositivos spintrônicos baseados em skyrmions magnéticos, como portas lógicas, transistores, memória complementar de pista de corrida, etc.", diz o professor Hongxin Yang. Com o aumento de materiais multiferróicos quirais e o surgimento do mecanismo de comutação de quiralidade DMI, espera-se que as portas lógicas baseadas em skyrmions magnéticos sejam simplificadas para uma única nanotrilha e alcancem a reconstrução completa das portas lógicas booleanas.

Dr. Dongxing Yu, Prof. Hongxin Yang, Prof. Mairbek Chshiev, juntamente com o físico Prêmio Nobel Prof. Albert Fert, exploraram a conexão entre a reconstrução de portas lógicas e a dinâmica de skyrmions magnéticos. Ao controlar localmente a quiralidade do DMI, a equipe reconstruiu as barreiras de energia não voláteis para alternar vários fenômenos dinâmicos de skyrmion magnético, permitindo a implementação e reconfiguração de funções lógicas, incluindo AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR e XNOR.

Operações XOR/OR/NAND da nanopista reconfigurável girando a chave (a) para ocioso, (b) para 1 e (c) para 2, respectivamente. As funções XNOR/NOR/AND podem ser convertidas das portas lógicas acima comutando a magnetização da camada fixa na junção do túnel magnético (saída-MTJ) e apenas metade da porta NAND pode ser usada para realizar a porta NOT. Crédito:Science China Press

"Quaisquer duas dessas funções ou operações podem ser facilmente transformadas de uma para outra, alterando a quiralidade do DMI usando o controle de tensão em um único nanotrack, e os skyrmions podem ser reciclados após cada operação", diz Dongxing Yu. Com base na função de fixação e despinning de barreiras de energia não voláteis, a equipe também simulou os estados "ligado" e "desligado" de um transistor skyrmion e redefinição de bit skyrmion. "Esta será uma exploração benéfica da construção de dispositivos spintrônicos, manipulando estruturas magnéticas topologicamente não triviais, como skyrmions magnéticos", diz Hongxin Yang.

Comparado a outras portas lógicas reconfiguráveis que requerem uma combinação de múltiplas faixas ou uma cascata de funções simples para realizar duas ou mais operações lógicas, este estudo realizou a implementação e reconfiguração de sete tipos de funções lógicas em um único nanotrack através de simulações micromagnéticas, simplificando ainda mais o projeto dos dispositivos lógicos baseados em spin e a promoção da aplicação potencial de portas lógicas baseadas em skyrmions magnéticos no campo de processamento de informações.

A pesquisa foi publicada na National Science Review . + Explorar mais