Figura 1 – Distribuzione 2D della propagazione delle onde di spin in un condotto CoFeB largo 1 µm registrato utilizzando la spettroscopia di diffusione della luce di Brillouin (BLS).
Alla conferenza annuale sul magnetismo e i materiali magnetici, imeco, il centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nella nanoelettronica e nelle tecnologie digitali, ha presentato risultati rivoluzionari a sostegno della costruzione di porte di maggioranza rilevanti per la tecnologia basate su onde di spin. Segnalando due primi risultati del settore che sono cruciali per la tecnologia a bassissima potenza oltre il CMOS, imec ha dimostrato la generazione e il rilevamento di onde di spin in guide d'onda magnetiche di dimensioni inferiori al micron con lunghezze d'onda inferiori a 350 nm che viaggiano su 10 micrometri in una guida d'onda larga 500 nm, e modelli proposti per il funzionamento maggioritario in strutture a onde di spin su scala nanometrica.
I dispositivi a porta maggioritaria Spintronic sono alternative promettenti alla tecnologia CMOS per determinate applicazioni, ad esempio per i circuiti aritmetici. Le porte di maggioranza sono dispositivi in cui lo stato dell'uscita è determinato dalla maggioranza degli ingressi:se ad esempio più del 50 percento degli ingressi è vero, l'output deve restituire true. L'uscita della porta maggioritaria spin-wave si basa quindi sull'interferenza di più onde di spin che si propagano in un cosiddetto bus spin-wave, o guida d'onda. Quando miniaturizzato su scala nanometrica, le porte di maggioranza dell'onda di spin potrebbero consentire circuiti aritmetici molto più compatti ed efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai circuiti basati su CMOS.
Imeco, in collaborazione con l'Università di Kaiserslautern e l'Università Paris-Sud, ha studiato la propagazione dell'onda di spin in una guida d'onda magnetica spessa 10 nm. È importante sottolineare che hanno scoperto che le onde di rotazione, eccitato da un'antenna a radiofrequenza, può viaggiare per più di 10 micrometri in una guida d'onda larga 500 nm. In un secondo esperimento, hanno sviluppato un metodo di rilevamento completamente elettrico per caratterizzare le onde di spin che si propagano in un bus magnetico. È stato possibile rilevare onde di spin con lunghezze d'onda minuscole come 340 nm, più di due volte più piccole rispetto ai risultati del settore precedentemente raggiunti, aprendo la strada a condotti di onde di spin in scala.
Figura 2 – Struttura a fork di una porta maggioritaria costituita da celle magnetoelettriche di ingresso e di uscita integrate in un bus spin-wave. L'immagine mostra un'istantanea a t=0.8ns quando gli input sono 110. Credito:imec
Attraverso simulazioni micromagnetiche, è stato dimostrato con successo il funzionamento di una struttura maggioritaria dell'onda di spin simile a una forcella su scala nanometrica. A queste piccole dimensioni, celle magnetoelettriche vengono utilizzate al posto delle antenne per eccitare e rilevare le onde di spin. Lo schema di rilevamento proposto ha permesso a imec di catturare il risultato di fase maggioritario dell'interferenza spin-wave in un lasso di tempo molto breve, che era inferiore a tre nanosecondi.
"Sono state precedentemente segnalate porte a maggioranza spin-wave con dimensioni micro-dimensionate, però, per loro di essere CMOS-competitivi, devono essere scalati e gestire onde con lunghezze d'onda di dimensioni nanometriche, "ha dichiarato Iuliana Radu, illustre membro dello staff tecnico che coordina Beyond CMOS presso imec. "Proponiamo qui un metodo per ridimensionare questi dispositivi spin-wave in dimensioni nanometriche. Gli eccezionali risultati di oggi apriranno la strada verso la costruzione di porte a maggioranza spin-wave che promettono di superare la tecnologia logica basata su CMOS in termini di potenza e riduzione dell'area".
