(Phys.org) —I circuiti integrati in quasi tutti i computer di oggi sono costruiti esclusivamente da transistor. Ma poiché i ricercatori cercano costantemente di migliorare la densità dei circuiti su un chip, stanno cercando modi alternativi per costruire circuiti. Un metodo alternativo utilizza magneti di dimensioni nanometriche, in cui i magneti possiedono due stati magnetici stabili che rappresentano gli stati logici "0" e "1".

Fino ad ora, la logica nanomagnetica (NML) è stata implementata solo in due dimensioni. Ora per la prima volta, un nuovo studio ha dimostrato un cancello logico magnetico programmabile 3D, dove i magneti sono disposti in modo 3D. Rispetto al cancello 2D, la disposizione 3D dei magneti consente un aumento dell'interazione di campo tra magneti vicini e offre densità di integrazione più elevate.

I ricercatori, Irina Eichwald, et al., presso l'Università Tecnica di Monaco di Baviera, Germania; e l'Università di Notre Dame a Notre Dame, Indiana, NOI, hanno pubblicato il loro articolo sulla porta logica magnetica 3D in un recente numero di Nanotecnologia .

"Abbiamo mostrato per la prima volta che l'accoppiamento del campo magnetico può essere sfruttato in tutte e tre le dimensioni per realizzare circuiti di calcolo a logica magnetica, e quindi apre la strada a nuove tecnologie, dove è possibile ottenere elevate densità di integrazione combinate con un basso consumo energetico, " Ha detto Eichwald Phys.org .

La porta logica magnetica 3D è costituita da tre magneti in ingresso che influenzano lo stato magnetico di un magnete in uscita. Per preparare il magnete di uscita, i ricercatori hanno utilizzato un fascio di ioni focalizzato per irradiare un'area di 40 x 40 nm del magnete per distruggerne la struttura cristallina, creazione di un muro di dominio. Quando i campi magnetici dei tre magneti in ingresso sono posti entro 100 nm dal punto irradiato, lo stato magnetico della parete del dominio può essere controllato. Di conseguenza, il magnete di uscita può essere commutato tra gli stati "0" e "1".

Una caratteristica importante della porta logica magnetica 3D è che uno dei magneti di ingresso è disposto in uno strato aggiuntivo rispetto alle porte logiche magnetiche 2D. L'aggiunta di una terza dimensione aumenta la quantità di area magnetica che circonda il magnete di uscita di 1/3, e aumenta anche l'influenza di ciascun magnete in ingresso di 1/6. Questi effetti magnetici più forti riducono il tasso di errore e migliorano la funzionalità del cancello. Il magnete di ingresso nella terza dimensione programma anche il gate per funzionare come gate NOR o NAND.

NML ha diversi potenziali vantaggi rispetto ai transistor. Uno è che non c'è bisogno di cavi elettrici o interconnessioni perché il calcolo viene eseguito interamente da interazioni magnetiche tra magneti vicini. NML funziona anche con un basso consumo energetico, che a sua volta consente la combinazione di logica e funzionalità di memoria in un unico dispositivo.

C'è anche il vantaggio di alte densità usando NML, ciò è possibile in parte grazie alle ridotte dimensioni dei cancelli magnetici 3D (qui, circa 700 x 550 nm). Sebbene le alte densità portino al problema dei campi magnetici vaganti che interferiscono con i magneti diversi dai loro vicini più prossimi, i ricercatori osservano che la ricerca precedente ha già iniziato a discutere e proporre soluzioni a questi problemi. Globale, NML potrebbe avere una varietà di applicazioni.

"L'aspetto principale della logica nanomagnetica 3D è che puoi costruire circuiti, in cui un numero enorme di processi di calcolo viene eseguito contemporaneamente (la parola chiave è architettura sistolica), mentre il consumo di energia è ridotto al minimo (poiché è sufficiente generare un campo magnetico globale e quindi è possibile sincronizzare l'intero circuito), " ha detto Eichwald. "Le applicazioni sono filtri digitali, decodifica e crittografia. Qui tutti i processi informatici dovrebbero essere eseguiti da magneti."

I risultati qui aprono la strada allo sviluppo di altre architetture 3D di circuiti NML in futuro.

"I piani di ricerca futuri sono di studiare una struttura 3D completa di sommatore, con il minor numero possibile di magneti e il minor consumo di superficie, " Disse Eichwald.

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