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自旋波信号传播难题已经被解决,对信息进行局部操纵以及磁路的重新编程成为了可能
2017年08月07日 作者: 暂无评论 66+ 0

自旋波技术可追溯到数十年前,但由于存在信号以不同方向传播的多变特性,使其至今在作为电荷半导体技术的替代方案上仍然受到阻碍。

新加坡国立大学(National University of Singapore;NUS)的研究人员设计了一种传播自旋波的方法,可用于开发高速且微型化的数据处理组件,并具有巨大的潜力成为更节能、更快速且更高容量的内存组件。

基于自旋波的组件采用磁性材料中电子自旋的集体激发作为信息的载体。但是,新加坡国立大学电子与计算机工程系教授Adekunle Adeyeye在接受《EE Times》的访问时解释,该技术的非等向性信号传播,对于自旋波组件的实际工业应用带来了挑战。

然而,Adeyeye的研究团队最近开发出一种新方法,可在相同频率范围以多个方向同步传播自旋波信号;它采用一种包括不同磁性材料层的新颖结构来产生自旋波信号,而不需要任何外部磁场。这种途径可实现超低功耗作业,使其适用于组件整合,以及在室温下更高能效地运作。

由于自旋波组件使用电子自旋的集体激励作为信息载体,使其成为以电荷传输信息的半导体电路替代方案上。正如Adeyeye所解释的,等向性的平面内传播与自旋波一样,必须在自旋组件的平面外磁化。在其研究论文中,研究人员们解释如何解决低阻尼垂直磁性材料缺乏可用性的问题。一般来说,平面内的亚铁磁性材料(YIG)用于大型的平面外偏置磁场,这可能阻碍了等向性自旋波的优点。

在进行实验时,Adeyeye的研究团队展示了一款自旋波组件,它不需要额外的磁场,就能在另一个平面内铁磁体Ni80Fe20或坡莫合金(Py)中取得垂直磁化。这两种磁性材料都是自旋微管很典型的选择。经由交错耦合多层钴(Co)/钯(Pd),即可在Py引发垂直非等向性。在实验中,以任意角度图案化三个信道的微管中显示了磁量子自旋信息的非等向性传播。

研究人员在其论文中详细介绍实验配置:使用100×物镜将激光束聚焦至样本,样本置于纳米定位阶段的顶部。使用偏振分光器,以相同的物镜收集散射光束并将其导向干涉仪。白光和相机共线布置,用于定位和稳定样本,接着再藉由连接至RF信号产生器的GSG型条纹天线激发自旋波。

(A) 自旋波概念组件的SEM影像图;其中Co-Pd-Py微管具有三个不同角度的通道。天线置于3个信道交界处;(B) BLS频谱作为可用RF,记录于SEM影像图上三个不同符号所指示的三信道;(C) 5.7、6.7和8.2GHz的2D自旋波强度图记录在3×12μm2的面积上。每个像素对应于该位置处的BLS强度。

该计划得到了新加坡国家研究基金会(NFR)竞争力研究计划(Competitive Research Program)的支持,其研究成果已经发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上,主要作者是Arabinda Haldar,他曾经是新加坡国立大学的研究人员,目前则是印度理工学院海得拉巴校区(IIT Hyderabad;IITH)助理教授。该研究计划建立在研究团队于2016年发表于《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊的前导研究基础上,当时的研究着重于一款可传输与操纵自旋波信号的组件,而不需要开发额外的磁场或电流。研究团队目前已经针对这两项发明申请了专利。

Adeyeye表示,综合这些发现,使得自旋波随需求进行控制、对信息进行局部操纵以及磁路的重新编程成为可能,而这也反过来实现了基于自旋波的运算以及数据的一致处理。不过,他并不想推测需要多少时间才能让这些专利实现商用化,但最终目标在于让任何自旋波组件得以兼容于现有的CMOS工艺,才有助于增加可能的应用。

而在不久的将来,该团队正探索使用其他新型的磁性材料,以实现一致的长距离自旋波信号传输。

原文链接:http://www.eeboard.com/news/ziyuanbo/

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