(a) Illustrazioni di skyrmioni magnetici di tipo Néel con diversa carica topologica e numero di elicità. (b) Dispositivo logico single-nanotrack basato su Skyrmions con due ingressi su entrambe le estremità e un'uscita nel mezzo. Credito:Science China Press
In una singola nanotraccia, un team di ricerca ha ottenuto l'annientamento, la fusione e lo smistamento di due skyrmion con chiralità opposta tramite l'inversione locale del DMI, nonché l'effetto di blocco delle barriere energetiche sugli skyrmion.
Questo studio è stato condotto dal Prof. Hongxin Yang (Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo, Accademia Cinese delle Scienze) e dal Dr. Dongxing Yu (Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo, Accademia Cinese delle Scienze). I calcoli dei primi principi sono stati condotti dal Prof. Hongxin Yang e le simulazioni micromagnetiche della dinamica dello skyrmion magnetico sono state eseguite da Dongxing Yu.
"Questi comportamenti dinamici degli skyrmion magnetici sono molto fattibili per la progettazione di dispositivi spintronici basati su skyrmion magnetici come porte logiche, transistor, memoria di pista complementare, ecc.", afferma il prof. Hongxin Yang. Con l'aumento dei materiali multiferroici chirali e l'emergere del meccanismo di commutazione della chiralità DMI, si spera che le porte logiche basate su skyrmioni magnetici vengano semplificate in una singola nanotraccia e raggiungano la ricostruzione completa delle porte logiche booleane.
Il Dr. Dongxing Yu, il Prof. Hongxin Yang, il Prof. Mairbek Chshiev, insieme al fisico premio Nobel Prof. Albert Fert, hanno esplorato la connessione tra la ricostruzione delle porte logiche e la dinamica degli skyrmioni magnetici. Controllando localmente la chiralità DMI, il team ha ricostruito le barriere di energia non volatile per commutare vari fenomeni dinamici dello skyrmion magnetico, consentendo l'implementazione e la riconfigurazione di funzioni logiche tra cui AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR e XNOR.
Operazioni XOR/OR/NAND della nanotraccia riconfigurabile portando l'interruttore (a) su idle, (b) su 1 e (c) su 2, rispettivamente. Le funzioni XNOR/NOR/AND possono essere convertite dalle porte logiche di cui sopra commutando la magnetizzazione dello strato fisso nella giunzione del tunnel magnetico (uscita-MTJ) e solo metà della porta NAND può essere utilizzata per realizzare la porta NOT. Credito:Science China Press
"Ognuna di queste due funzioni o operazioni può essere facilmente trasformata da una all'altra commutando la chiralità della DMI utilizzando il controllo della tensione in una singola nanotraccia e gli skyrmion possono essere riciclati dopo ogni operazione", afferma Dongxing Yu. Basandosi sulla funzione di pinning e depinning delle barriere di energia non volatile, il team ha anche simulato gli stati "on" e "off" di un transistor skyrmion e il ripristino del bit di skyrmion. "Questa sarà un'esplorazione vantaggiosa della costruzione di dispositivi spintronici manipolando strutture magnetiche topologicamente non banali come gli skyrmioni magnetici", afferma Hongxin Yang.
Rispetto ad altre porte logiche riconfigurabili che richiedono una combinazione di più strisce o una cascata di funzioni semplici per eseguire due o più operazioni logiche, questo studio ha realizzato l'implementazione e la riconfigurazione di sette tipi di funzioni logiche in una singola nanotraccia attraverso simulazioni micromagnetiche, semplificando così ulteriormente la progettazione dei dispositivi logici basati sullo spin e la promozione della potenziale applicazione di porte logiche basate su skyrmions magnetici nel campo dell'elaborazione delle informazioni.
La ricerca è stata pubblicata su National Science Review . + Esplora ulteriormente
