Le bloc en laiton sert de plaque de masse électrique assurant une insertion efficace des courants RF vers les antennes et, d'autre part, les connecteurs micro-ondes montés sur le bloc permettent l'intégration de l'appareil dans notre configuration micro-ondes. Crédit :Fischer/Kewenig/Meyer
L'électronique informatique se réduit à des tailles suffisamment petites pour que les courants électriques mêmes sous-jacents à leurs fonctions ne puissent plus être utilisés pour des calculs logiques à la manière de leurs ancêtres à plus grande échelle. Une porte logique traditionnelle à base de semi-conducteurs appelée porte majoritaire, par exemple, le courant de sortie correspond à l'état "0" ou "1" qui comprend au moins deux de ses trois courants d'entrée (ou de manière équivalente, trois tensions). Mais comment construire une porte logique pour des appareils trop petits pour la physique classique ?
Une démonstration expérimentale récente, dont les résultats sont publiés cette semaine dans Lettres de physique appliquée , des éditions AIP, utilise l'interférence des ondes de spin - ondes synchrones d'alignement de spin des électrons observées dans les systèmes magnétiques. Le prototype de grille majoritaire à onde de spin, en Yttrium-Fer-Grenat, sort d'un nouveau centre de recherche collaboratif financé par la Fondation allemande pour la recherche, nommé Spin+X. Le travail a également été soutenu par l'Union européenne dans le cadre du projet InSpin et a été mené en collaboration avec l'institut belge de recherche en nanotechnologie IMEC.
"La devise du centre de recherche Spin+X est 'tourner dans son environnement collectif, ' donc il vise essentiellement à étudier tout type d'interaction de spins - avec la lumière et la matière et les électrons et ainsi de suite, " a déclaré Tobias Fischer, doctorant à l'Université de Kaiserslautern en Allemagne, et auteur principal de l'article. "Plus ou moins, l'image principale que nous visons est d'utiliser des ondes de spin dans le traitement de l'information. Les ondes de spin sont les excitations fondamentales des matériaux magnétiques."
Ainsi, au lieu d'utiliser des courants ou des tensions électriques classiques pour envoyer des informations d'entrée à une porte logique, l'équipe internationale basée à Kaiserslautern utilise des vibrations dans le spin collectif d'un matériau magnétique, créant essentiellement des ondes de magnétisation à l'échelle nanométrique qui peuvent ensuite interférer pour produire des calculs booléens.
"Vous avez des moments magnétiques atomiques dans votre matériau magnétique qui interagissent les uns avec les autres et en raison de cette interaction, il existe des excitations ondulatoires qui peuvent se propager dans les matériaux magnétiques, " Fischer a déclaré. "Le dispositif particulier que nous étudions est basé sur l'interférence de ces ondes. Si vous utilisez des excitations d'ondes au lieu de courants, vous pouvez utiliser les interférences d'ondes, et cela comporte certains avantages."
L'utilisation de l'interférence d'onde pour produire la sortie de la porte majoritaire fournit deux paramètres à utiliser pour contrôler l'information :l'amplitude de l'onde, et phase. En principe, cela rend ce concept plus efficace également puisqu'une porte majoritaire peut remplacer jusqu'à 10 transistors dans les appareils électroniques modernes.
Le matériau transparent en dessous est un substrat de gallium gadolinium. Crédit :Fischer/Kewenig/Meyer
"L'appareil que nous étudiions se compose de trois entrées où nous excitons des ondes et elles se combinent, " a déclaré Fischer. " En fonction des phases d'entrée où vous encodez l'information, qui détermine la phase du signal de sortie, Par conséquent, définissant l'état de la sortie logique '0' ou '1'. C'est en fait du traitement de l'information et c'est ce que nous voulons."
Ce premier prototype d'appareil, bien que physiquement plus grand que ce que Fischer et ses collègues voient pour une éventuelle utilisation à grande échelle, démontre clairement l'applicabilité des phénomènes d'onde de spin pour un traitement fiable de l'information aux fréquences GHz.
Parce que les longueurs d'onde de ces ondes de spin sont facilement réduites à l'échelle nanométrique, de même (mais peut-être pas aussi facilement) peut être le dispositif de porte lui-même. Cela peut réellement améliorer la fonctionnalité, réduisant sa sensibilité aux fluctuations de champ indésirables. Outre, la nano-échelle augmentera les vitesses des ondes de spin, ce qui permettra d'augmenter la vitesse de calcul.
"Ce que nous visons, c'est la miniaturisation de l'appareil, et plus vous faites l'appareil petit, moins il devient sensible à ces influences, " a déclaré Fischer. " Si vous regardez combien de longueurs d'onde correspondent à cette longueur de propagation, moins il y en a, moins un changement de la longueur d'onde a d'influence sur la sortie. Donc, fondamentalement, la réduction d'échelle de l'appareil présenterait également plus d'avantages. »
Par ailleurs, un peu comme des antennes, un seul appareil peut fonctionner à plusieurs fréquences simultanément. Cela permettra le calcul parallèle en utilisant le même "cœur" d'un futur processeur à ondes de spin.
"Un de mes collègues à Kaiserslautern est spécialisé dans le multiplexage et le démultiplexage à ondes de spin, " Fischer a déclaré. "Nous allons également dans cette direction, d'utiliser plusieurs fréquences et ce serait un bon compliment [...] à cette porte majoritaire."
