Zamiast elektronów fale spinowe. Kolosalna sprawa dla rozwoju technologii
Czy da się przetwarzać dane bez użycia tradycyjnych impulsów elektrycznych? Nowa technologia magnoniczna pokazuje, że tak.
Naukowcy opracowali nowy sposób tworzenia falowodów spinowych, które mogą przewodzić informacje bez potrzeby generowania klasycznych impulsów elektrycznych. W przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań, które opierały się na trawieniu lub maskowaniu, nowa metoda wykorzystuje precyzyjną implantację jonów krzemu w warstwie granatu itrowo-żelazowego. Technika ta tworzy amorficzne struktury, które skutecznie prowadzą fale spinowe nawet na odległość przekraczającą 100 mikrometrów. Jest to istotny skok względem wcześniejszych wyników.
Przełom w technologii fal spinowych
Istotną cechą opisanej w badaniu technologii jest energooszczędność. Fale spinowe nie wymagają klasycznego prądu, by przenosić dane. Zamiast tego opierają się na precesji momentów magnetycznych w materiałach ferromagnetycznych. Badania wykazały, że w najcieńszych falowodach możliwe było uzyskanie stabilnej transmisji sygnału, nawet w złożonych układach, takich jak rozszerzacze wiązki spinowej czy struktury złożone z wielu skrzyżowań.
W demonstracji badawczej zaprezentowano działającą sieć magnoniczną składającą się ze 198 skrzyżowań i 34 portów wejściowych oraz wyjściowych. To najbardziej złożona sieć tego typu, jaką dotąd udało się stworzyć na bazie YIG. Otwiera to zupełnie nowe możliwości w kontekście przetwarzania sygnałów. Takie podejście pozwala nie tylko na wydłużenie drogi propagacji fali, lecz także na precyzyjne strojenie dyspersji, czyli na kontrolę częstotliwości fal w zależności od parametrów falowodu. Dzięki zastosowaniu różnej dawki implantacji i szerokości struktur badacze byli w stanie uzyskać zarówno pojedyncze, jak i wielomodowe fale spinowe.
Odkrycie może być wykorzystane w systemach bazujących na AI
Zastosowanie fal spinowych wykracza daleko poza same akademickie eksperymenty. Nowa technologia może znaleźć zastosowanie w neuromorficznych systemach obliczeniowych, które naśladują działanie ludzkiego mózgu. Wskazują na to cytowane w artykule badania dotyczące m.in. nieliniowej interferencji fal spinowych w sieciach neuronowych czy sprzężenia fonon-magnon w układach rezerwuarowych.
Może to być potencjalnym fundamentem dla chipów AI nowej generacji, które będą szybkie, lekkie i ultrawydajne energetycznie. Szczególnie istotne jest to w obliczu rosnącego zapotrzebowania na przetwarzanie ogromnych ilości danych przez AI, zarówno w centrach danych, jak i na urządzeniach końcowych.
Przeczytaj także:
Eksperymenty wykazały, że technologia pozwala na skuteczną detekcję i wzbudzanie fal spinowych przy użyciu mikroanten i obrazowania Faradayowskiego z dokładnością do kilkuset femtosekund. Tak zaawansowana kontrola nad propagacją i modulacją fal daje pełne spektrum zastosowań – od programowalnych układów logicznych, po sensory i urządzenia neuromorficzne. Wszystko to bez potrzeby stosowania klasycznego tranzystora i z pomijalnym zużyciem energii.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Brian A Jackson / Shutterstock
