纯磁振子集成电路的工作原理及未来应用

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#111723#凯泽斯劳滕科技大学（TUK）和维也纳大学的研讨职员胜利地构建了一个盘算电机路的基础构成部份，用磁振子取代电子通报信息。《Nature Electronics》杂志上所描写的“磁振半加法器”只要要三根纳米线，并且比最新的盘算机芯片能耗低很多。
一组物理学家正在为追求更小、更节能的盘算打下一个里程碑：他们开辟了一个集成电路，应用磁性资料和磁子来传输二进制数据，这是形成现今盘算机和智妙手机的基本的1和0。
这类新的电路十分渺小，采取流线型的二维计划，比现在最早进的采取CMOS技巧的盘算机芯片所需能量少10倍。固然现在的磁振子构造不如CMOS快，但胜利的演示当初能够进一步用于其余利用，如量子或神经状态盘算。
胜利的配合
这个原型是安德烈·丘马克（Andrii Chumak）欧洲研讨委员会（ERC）启动赞助的四年尽力的结晶，并与TUK大学的Philipp Pirro博士和现在在维也纳大学博士后的Wang博士亲密配合。丘马克教学在杜克大学开端了这项任务，当初引导着维也纳大学的一个研讨小组。

丘马克说：“咱们十分愉快，由于咱们胜利地实现了几年前的打算，并且后果比咱们预期的还要好。”当他第一次提出磁振子电路时，他的计划十分庞杂，他以为这篇论文的重要作者王功权使计划“最少改良了100倍”。
丘马克说：“咱们当初看到，磁电子电路能够和CMOS一样好，但假如你想触发产业，这可能还不敷。我想你最少得比它小100倍，速率更快。但这一电路为二进制数据之外的其余范畴供给了绝佳的机遇，比方在十分低的温度下停止量子磁盘算。”
皮尔罗弥补道：“咱们也有兴致为受大脑功效启示的神经状态磁共振盘算机调剂电路。”
任务道理
这些纳米电路元件的尺寸不到一微米，比人的头发回薄，即便在显微镜下也几近看不见。它包含三根纳米线，由一种叫做钇铁石榴石的磁性资料制成。这些导线相互准确定位，构成两个“定向耦合器”，领导磁振子穿过导线。磁振子是自旋波的量子，把它们设想成投进岩石后水池名义的荡漾，但在这类情形下，波是由量子程度上固体资料的磁序歪曲而构成的。咱们花了大批的时光和精神找出最好的纳米线长度和间距，以发生预期的成果。
在第一个耦合器处，两根导线十分濒临，自旋波被分红两半。一半进入第二个耦合器，在那边它在导线之间往返腾跃。依据振幅的差别，波将从顶部或底部导线退出，分辨对应于二进制“1”或“0”。因为电路包括两个偏向耦合器，将两个信息流相加，因而构成了一个“半加法器”，这是盘算机芯片中最通用的组件之一。数百万个如许的电路能够组合起来停止越来越庞杂的盘算和功效。
皮尔罗说：“一般盘算机平日须要数百个元件和14个晶体管，而这里只要要三根纳米线、一个自旋波和非线性物理。”。
将来利用
皮尔罗现在正在杜克大学的自旋电子学盘算研讨核心“Spin+X”的框架内引导偏向，他当初将摸索应用纯磁振子电路停止神经状态盘算，这类方式处置数据的方法不是二进制的，而是更像人脑。自旋波更合适于更庞杂的体系，而且有可能携带更多的信息，由于它们有两个参数：振幅，波高，相位，波角。在以后的演示中，团队没有应用phase作为变量，以使其对于二进制数据处置坚持简略。
皮尔罗说：“假如这类装备曾经能够与CMOS竞争，即便它没有应用基于波的方式的全体功率，那末咱们能够十分确信，在某些义务中，应用自旋波的全体功率的计划比CMOS更无效。”固然，终究目的是将CMOS和纯磁振子技巧的上风联合在一同。”    义务编纂:tzh
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