Fale spinowe umożliwiają budowę komputerów nowej generacji

Naukowcy stale dążą do opracowania systemów komputerowych nowej generacji, które będą w stanie wydajnie i elastycznie przetwarzać dane przy zachowaniu niskiego zużycia energii. Finansowany przez UE projekt SWING również skupiał się na tym celu. Powstała w ramach badań innowacyjna metodologia może okazać się kluczem do urzeczywistnienia szybkich, elastycznych i energooszczędnych „superkomputerów”.

Countries
Countries
  Algeria
  Argentina
  Australia
  Austria
  Bangladesh
  Belarus
  Belgium
  Benin
  Bolivia
  Bosnia and Herzegovina
  Brazil
  Bulgaria
  Burkina Faso
  Cambodia
  Cameroon
  Canada
  Cape Verde
  Chile
  China
  Colombia
  Costa Rica
  Croatia
  Cyprus
  Czechia
  Denmark
  Ecuador
  Egypt
  Estonia
  Ethiopia
  Faroe Islands
  Finland
  France
  French Polynesia
  Georgia

Countries
Countries
  Algeria
  Argentina
  Australia
  Austria
  Bangladesh
  Belarus
  Belgium
  Benin
  Bolivia
  Bosnia and Herzegovina
  Brazil
  Bulgaria
  Burkina Faso
  Cambodia
  Cameroon
  Canada
  Cape Verde
  Chile
  China
  Colombia
  Costa Rica
  Croatia
  Cyprus
  Czechia
  Denmark
  Ecuador
  Egypt
  Estonia
  Ethiopia
  Faroe Islands
  Finland
  France
  French Polynesia
  Georgia


  Infocentre

Published: 12 January 2021  
Related theme(s) and subtheme(s)
Human resources & mobilityMarie Curie Actions
Information societyMicroelectronics and nanotechnology
NanotechnologyNanoelectronics
Research policyHorizon 2020
Success stories in other languagesPolish
Countries involved in the project described in the article
Italy  |  United States
Add to PDF "basket"

Fale spinowe umożliwiają budowę komputerów nowej generacji

Image

© Rawf8, #210786400, source:stock.adobe.com 2021

Wszystkie komputery mają jeden wspólny mianownik – każdy z nich wykorzystuje technologię CMOS do wytwarzania półprzewodników, na których opierają się elementy elektroniczne przetwarzające i magazynujące dane. Dotychczas wzrost mocy obliczeniowej wiązał się z większą liczbą coraz mniejszych układów scalonych. Obecnie dochodzimy jednak do fizycznej granicy, która uniemożliwi dalsze zmniejszanie skali elektroniki, co wymusza na inżynierach bliższe przyjrzenie się alternatywnym koncepcjom i rozwiązaniom, które pozwolą zastąpić technologię CMOS.

Jedną z takich koncepcji są fale spinowe, natomiast projekt SWING skupiał się na wykorzystaniu ich potencjału obliczeniowego. „Nasz projekt stanowi odpowiedź na ograniczenia związane z jednym z głównych rozwiązań alternatywnych dla technologii CMOS – komputerów analogowych wykorzystujących fale optyczne. Tego rodzaju urządzenia zastępują sygnały cyfrowe analogowymi i wykorzystują zjawiska typowe dla fal, jednak charakteryzują się jedną poważną wadą: ich miniaturyzacja jest niezwykle trudna i ograniczona przez długość fali optycznej”, twierdzi Riccardo Bertacco, koordynator projektu SWING i profesor fizyki na Politecnico Milano.

Zastępując fale optyczne falami spinowymi, Bertacco i współpracujący z nim stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie” Edoardo Albisetti mają nadzieję na rozwiązanie tego problemu. Jak zauważa Albisetti: „Fale spinowe mają jedną wielką zaletę. Ich długość jest znacznie mniejsza niż w przypadku fal elektromagnetycznych i w przypadku częstotliwości gigahercowych wynosi kilkadziesiąt nanometrów, o rząd wielkości mniej niż w przypadku fal optycznych. Ta wyjątkowa właściwość pozwala na realizację zintegrowanych urządzeń w skali submikronowej, umożliwiających budowę komputerów falowych, całkowicie kompatybilnych z technologią CMOS”.

Fale spinowe na przekroju domen

Fale spinowe to – w najprostszym ujęciu – rozprzestrzeniające się zakłócenia w ustawieniu spinów występujących w materiałach magnetycznych. Co najważniejsze, poza wspomnianą wyjątkową cechą charakterystyczną, ich zachowanie jest zbliżone do fal elektromagnetycznych. Ich wzbudzenia magnetyczne mogą być wykorzystywane zarówno w celu realizacji obliczeń, jak i magazynowania danych – Albisetti z powodzeniem wykazał możliwość budowy platformy wykorzystującej ich właściwości na potrzeby komputerów analogowych.

„W ramach prac udało nam się zrealizować trzy kluczowe osiągnięcia”, wyjaśnia Albisetti. „Po pierwsze, udało nam się wykorzystać nową technikę nazywaną termicznie wspomaganą litografią magnetycznych sond skanujących (tam-SPL) w celu stworzenia magnonicznych bloków umożliwiających kontrolowanie fal spinowych. Następnie zademonstrowaliśmy użycie ścianek domenowych – linii oddzielających dwa elementy filii magnetycznej o zróżnicowanym jednorodnym namagnesowaniu – jako obwodów umożliwiających propagację oraz interakcję fal spinowych. W ramach naszych prac nad platformą obliczeń analogowych przeprowadziliśmy również testy ścianek domenowych o różnych kształtach (liniowych, wypukłych, wklęsłych itd.)”.

Albisetti opracował założenia techniki tam-SPL, która stanowi klucz do realizacji innych osiągnięć projektu, w ramach swojej 6-miesięcznej współpracy z Elisą Riedo na uniwersytecie Georgia Tech w Stanach Zjednoczonych, gdzie udał się w związku ze swoją pracą doktorską. Jak podkreśla Bertacco: „Projekt realizowany w ramach grantu z działania „Maria Skłodowska-Curie” powstał z myślą o dalszym wykorzystaniu efektów tej współpracy. Kiedy Riedo dołączyła do zespołu CUNY Advanced Science Research Centre, postanowiliśmy wykorzystać możliwości nowoczesnych urządzeń zainstalowanych w ośrodku, by kontynuować rozwój technologii tam-SPL. Chcemy także wykorzystać je do opracowania prototypowych urządzeń wykorzystujących fale spinowe w celu realizacji obliczeń falowych”.

Koncepcja projektu opierająca się na wykorzystaniu ścianek domenowych jako przewodów pozwalających na propagację fal spinowych oraz źródeł czół fal może pozwolić na budowę kompleksowych obwodów opartych na tego rodzaju ściankach. Dzięki temu mogą stanowić odpowiednik falowodów optycznych w zintegrowanych urządzeniach optycznych (rezonatorach, interferometrach itp.), a także pełnić rolę urządzeń przetwarzających sygnały analogowe (filtrów, analizatorów widma itp.) opartych na zakłóceniach czoła fali spinowej.

„Nasze wyniki otwierają drogę do zróżnicowanych możliwości – obecnie dopiero rozpoczynamy ich analizę”, podsumowuje Albisetti. „Skupiamy się przede wszystkim na dwóch interesujących wyzwaniach – badaniu interakcji fal spinowych z bardziej złożonymi teksturami spinowymi oraz rozszerzeniu możliwości zastosowania technologii tam-SPL w różnych układach magnetycznych, co może przełożyć się na nowe rozwiązania w dziedzinie spintroniki”.

Albisetti otrzymał niedawno od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) grant dla badaczy rozpoczynających niezależną karierę w związku z realizowanym projektem B3YOND, który skupi się na opracowaniu nowej koncepcji nanofabrykacji opartej na technologii tam-SPL.

Informacje na temat projektu

  • Akronim projektu: SWING
  • Uczestnicy: Włochy (koordynator), Stany Zjednoczone
  • Numer projektu: 705326
  • Koszt całkowity: EUR 244 269
  • Wkład UE: EUR 244 269
  • Czas trwania: od listopada 2016 do października 2019

  • Akronim projektu: B3YOND
  • Uczestnicy: Włochy
  • Numer projektu: 948225
  • Koszt całkowity: EUR 1 498 385
  • Wkład UE: EUR 1 498 385
  • Czas trwania: od lutego 2021 do stycznia 2026

See also

 

Convert article(s) to PDF

No article selected




loading
Print Version
Share this article
See also
Więcej informacji na temat projektu SWING
Więcej informacji na temat projektu B3YOND