Figura 1 - Distribuição 2D da propagação de ondas de spin em um conduíte CoFeB de 1 µm de largura registrado usando espectroscopia de espalhamento de luz Brillouin (BLS).
Na Conferência Anual sobre Magnetismo e Materiais Magnéticos, imec, o centro de pesquisa e inovação líder mundial em nanoeletrônica e tecnologias digitais, apresentou resultados inovadores apoiando a construção de portas de maioria relevantes para a tecnologia com base em ondas de rotação. Relatando duas conquistas pioneiras da indústria que são cruciais para a potência ultrabaixa além da tecnologia CMOS, O imec demonstrou a geração e detecção de ondas de spin em guias de ondas magnéticas de tamanho sub-mícron com comprimentos de onda menores que 350nm viajando mais de 10 micrômetros em um guia de ondas de 500nm de largura, e modelos propostos para operação majoritária em estruturas de ondas de spin em nanoescala.
Dispositivos de porta de maioria spintrônica são alternativas promissoras para a tecnologia CMOS para certas aplicações, por exemplo, para circuitos aritméticos. As portas majoritárias são dispositivos em que o estado da saída é determinado pela maioria das entradas:se, por exemplo, mais de 50 por cento das entradas forem verdadeiras, a saída deve retornar verdadeira. A saída da porta majoritária da onda de spin é então baseada na interferência de várias ondas de spin que se propagam em um chamado barramento de onda de spin, ou guia de ondas. Quando miniaturizado em nanoescala, As portas de maioria de onda de spin podem permitir circuitos aritméticos que são muito mais compactos e eficientes em termos de energia do que os circuitos baseados em CMOS.
Imec, em colaboração com a Universidade de Kaiserslautern e a Universidade Paris-Sud, estudaram a propagação de ondas de spin em um guia de onda magnético de 10 nm de espessura. Mais importante, eles descobriram que as ondas giratórias, animado por uma antena acionada por RF, pode viajar mais de 10 micrômetros em um guia de onda de 500 nm. Em um segundo experimento, eles desenvolveram um método de detecção totalmente elétrico para caracterizar a propagação de ondas de spin em um barramento magnético. Ondas de spin com comprimentos de onda tão minúsculos quanto 340 nm puderam ser detectadas - mais de duas vezes menores do que os resultados da indústria alcançados anteriormente - abrindo caminho para conduítes de ondas de spin em escala.
Figura 2 - Estrutura em bifurcação de uma porta majoritária consistindo de células magnetoelétricas de entrada e saída integradas em um barramento de onda de spin. A imagem mostra um instantâneo em t =0,8ns quando as entradas são 110.
Por meio de simulações micromagnéticas, a operação de uma estrutura majoritária de onda spin semelhante a um garfo em nanoescala foi demonstrada com sucesso. Nessas pequenas dimensões, células magnetoelétricas são usadas em vez de antenas para excitar e detectar as ondas de spin. O esquema de detecção proposto permitiu ao imec capturar o resultado da maioria da fase da interferência da onda de spin em um período de tempo muito curto, que foi menos de três nanossegundos.
"Portas de maioria de onda de spin com dimensões micro já foram relatadas, Contudo, para que sejam competitivos em CMOS, eles devem ser dimensionados e lidar com ondas com comprimentos de onda nanométricos, "afirmou Iuliana Radu, distinto membro da equipe técnica coordenando Beyond CMOS no imec. "Propomos aqui um método para dimensionar esses dispositivos de onda de spin em dimensões nanométricas. Os resultados excepcionais de hoje abrirão caminhos para a construção de portas de maioria de onda de spin que prometem superar a tecnologia de lógica baseada em CMOS em termos de potência e redução de área."
