ホール(反ドット)周囲の3磁性状態とスピン波を利用した論理回路

ナノ規模磁性多孔格子が、コンピューティングの新しい可能性を作り出すかもしれません。国際チームとヘルムホルツセンター・ドレスデン・ローゼンドルフ研究所の科学者達は、コバルト格子を使って室温で確実にプログラム可能な事を証明しています。加えて、彼等は、全てのホール(反ドット)で、3磁性状態が構成可能な事を発見しています。Scientific Reports誌に彼等の研究結果が掲載されています。

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Antidot(反ドット)

Three magnetic states for each hole

HZDRの物理学者Rantej Bali博士は、シンガポールとオーストラリアの科学者等と共に、コバルトの薄層中に、それの磁気特性をプログラムするために、特殊な格子構造をデザインしています。彼のシンガポール国立大学の同僚達は、現在半導体素子製造で使用されているプロセスに似たフォトリソグラフィープロセスを使ってその格子を作り出しました。約250ナノメートルサイズのホール、所謂反ドットが、コバルト層中に、僅か150ナノメートルの均一な間隔で作られています。安定してプログラムできるように、シンガポールの専門家達は、金属層の厚みが約50ナノメートルに規定されているドレスデンデザインを採用しています。

この寸法下では、cobalt antidot grid (コバルト反ドット格子)は、興味深い特性を見せてくれます。バリ博士チームは、外部印加磁場の助けを借りて、各ホール周辺の3つの特有の磁性状態が、設定可能な事を発見しています。研究者達は、この3状態を、G, C, Q と呼んでいます。バリ博士は、”反ドットは現在、国際的な研究対象として注目されています。反ドットのジオメトリの最適化をする事で、我々は電子のスピン、あるいは、電子の磁気モーメントが、ホール周辺で確実にプログラムされ得ることを証明することができました。”と、語っています。

次世代ロジック用構築ブロック

Since the individually programmable holes are situated in a magnetic metal layer, the grid geometry has potential use in computers that would work with spin-waves instead of electric current. “Spin-waves are similar to the so-called Mexican waves you see in a football stadium. The wave propagates through the stadium, but the individual fans, in our case the electrons, stay seated”, explains Dr. Bali. Logic chips utilizing such spin-waves would use far less power than today’s processors, because no electrical current is involved.

‘個別にプログラム可能なホールは、磁性金属層中に位置しているので、その格子構造は、電流の代わりにスピン波で動くコンピュータで利用できる可能性があります。”スピン波は、フットボールスタジアムで見られる、所謂Mexican waves(人の波)に似ています。人間の波はスタジアム全体に渡って広がっていきますが、個々のファンは、この場合は電子ですが、座ったままです。”と、バリ博士は説明します。そういったスピン波を利用している論理チップは、電流が必要ないので、今使われているプロセッサに比べ、遥かに電力消費が少なく済みます。’

スピン波で動くコンピュータ

Many magnetic states can be realized in the perforated grid so that the spin-waves can, for example, be assigned specific directions. This could allow for a higher processing speed in future logic chips. “Our perforated grids could also operate as components for future circuits working with spin-waves”, estimates Dr. Bali. Doctoral candidate, Tobias Schneider, is now investigating the dynamics developed by the spin-waves in such perforated grids. Among other aspects he is participating in the development of special computer programs making possible the complex calculation of the magnetic states in perforated grids.

「多くの磁性状態は、例えば、スピン波が一定の方向に割り当てられるように、多孔格子において実現可能です。この事が、次世代論理チップにおいて、より高速な処理速度を可能にしてくれる可能性があります。”我々の多孔格子は、スピン波を使って動く、次世代回路用コンポーネントとしても動作できる可能性があります。”と、バリ博士は予測しています。博士号候補のトビアス・シュナイダー氏は、現在、そういった有孔格子におけるスピン波によって生み出される動力学を調査中です。数あるアスペクトの中で、彼は、有孔格子での磁性状態の複雑な計算を可能にする特別なコンピュータプログラムの開発に関わっています。」

3種の磁性状態とスピン波で動作するスピントロニクス技術を使った次世代コンピュータを開発中らしく、電圧のオン・オフ(1, 0)を利用したビットを使ってプログラミングするのではなく、3種の磁性状態を使ってプログラミングするみたいで、binaryではなくternaryのようです。とは言っても、所詮は素人なので、言っていることは適当だし間違っている可能性があります。

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