Cosa fanno le mosche di fuoco, Gli orologi da parete di Huygens, e anche il cuore dei coristi, avere in comune? Possono tutti sincronizzare i rispettivi segnali individuali in un unico tono o ritmo all'unisono.

Ora i ricercatori dell'Università di Göteborg hanno insegnato due diverse classi emergenti di oscillatori di segnale a microonde nanoscopici, che possono essere utilizzati come futuri neuroni spintronici, cantare all'unisono con i loro vicini.

All'inizio di quest'anno, hanno annunciato la prima sincronizzazione riuscita di cinque cosiddetti oscillatori di coppia di spin a nanocontatti. In quel sistema, uno dei nanocontatti svolgeva il ruolo di conduttore, decidere quale nota cantare, e gli altri nanocontatti seguirono felicemente il suo esempio. Questo stato sincronizzato è stato meglio descritto come guidato e direzionale, poiché ogni nanocontatto della catena ascoltava solo il suo vicino a monte, ha regolato la propria frequenza in conformità, e poi ha imposto questa frequenza al prossimo vicino a valle. La forza di interazione è la stessa tra ogni vicino e la catena può quindi essere resa molto lunga senza che alcun oscillatore canti stonato.

Questa volta lo stesso gruppo di ricerca ha dimostrato la sincronizzazione di ben nove nano-oscillatori spin Hall basati sulla nano-costrizione. In questo sistema, non c'è conduttore. Invece l'organizzazione è completamente piatta con ogni oscillatore che ora ascolta entrambi i suoi vicini. Come conseguenza, la nota è decisa in maniera democratica, con lo stato finale all'unisono che è un compromesso concordato tra tutte le frequenze individuali originali. Lo stato sincronizzato è quindi meglio descritto come sia reciproco che bidirezionale. Ciò significa che le informazioni possono ora viaggiare in entrambe le direzioni e una perturbazione in qualsiasi punto lungo la catena dell'oscillatore può portare a una regolazione del tono dell'intero coro.

Sfruttando l'effetto Hall di rotazione, non solo per alimentare ogni oscillatore ma anche per migliorare l'accoppiamento tra le nano-costrizioni, gli autori sono stati anche in grado di sincronizzare due oscillatori separati fino a 4 micrometri.

"Poiché le nano-costrizioni hanno una dimensione di soli 100 nm, questo corrisponderebbe a una linea di nove cantanti, ogni cantante a circa 80 metri dal suo vicino più prossimo, e ancora tutti i cantanti che restano intonati, "dice Ahmad Awad, il primo autore dello studio. "La sincronizzazione è quindi molto robusta".

I ricercatori prevedono che entrambi i tipi di oscillatori possono svolgere un ruolo chiave nelle future reti oscillatorie per il calcolo neuromorfico basato su onde. Per esempio, gli ingressi e le uscite dalla rete richiedono direzionalità per assicurarsi che le informazioni viaggino nella direzione corretta e che le uscite non siano disturbate da potenziali interferenze o altri segnali spuri. Però, all'interno della rete, si vuole sfruttare il parallelismo e la risposta collettiva di tutti gli oscillatori. Ciò richiede quindi la bidirezionalità e la sincronizzazione reciproca all'interno della rete stessa.

Dice il prof. Johan Åkerman, il ricercatore principale dietro i risultati:"La dimostrazione dei concetti chiave della sincronizzazione guidata e reciproca negli oscillatori a microonde nanoscopici è davvero solo il primo passo. La robustezza dei nostri risultati ora ci dà la libertà di progettazione per esplorare le reti di oscillatori di qualsiasi dimensioni utilizzando una vasta gamma di layout diversi limitati solo dalla propria immaginazione. Aggiungi il potenziale per il calcolo neuromorfico e puoi capire perché siamo così entusiasti!"