( a ) Illustrations de skyrmions magnétiques de type Néel avec une charge topologique et un nombre d'hélicité différents. (b) Dispositif logique à simple nanopiste basé sur Skyrmions avec deux entrées aux deux extrémités et une sortie au milieu. Crédit :Science China Press
Dans une seule nanopiste, une équipe de recherche a réalisé l'annihilation, la fusion et le shunt de deux skyrmions de chiralité opposée via l'inversion locale du DMI, ainsi que l'effet d'épinglage des barrières d'énergie sur les skyrmions.
Cette étude a été dirigée par le professeur Hongxin Yang (Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo, Académie chinoise des sciences) et le Dr Dongxing Yu (Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo, Académie chinoise des sciences). Les calculs des premiers principes ont été effectués par le professeur Hongxin Yang, et des simulations micromagnétiques de la dynamique des skyrmions magnétiques ont été réalisées par Dongxing Yu.
"Ces comportements dynamiques des skyrmions magnétiques sont tout à fait réalisables pour la conception de dispositifs spintroniques à base de skyrmions magnétiques tels que des portes logiques, des transistors, une mémoire de piste complémentaire, etc.", déclare le professeur Hongxin Yang. Avec l'augmentation des matériaux multiferroïques chiraux et l'émergence du mécanisme de commutation de chiralité DMI, les portes logiques magnétiques à base de skyrmions seront, espérons-le, simplifiées en une seule nanopiste et permettront la reconstruction complète des portes logiques booléennes.
Le Dr Dongxing Yu, le professeur Hongxin Yang, le professeur Mairbek Chshiev, ainsi que le physicien lauréat du prix Nobel, le professeur Albert Fert, ont exploré le lien entre la reconstruction des portes logiques et la dynamique des skyrmions magnétiques. En contrôlant localement la chiralité DMI, l'équipe a reconstruit les barrières d'énergie non volatiles pour commuter divers phénomènes dynamiques de skyrmions magnétiques, permettant la mise en œuvre et la reconfiguration de fonctions logiques, notamment AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR et XNOR.
Opérations XOR/OR/NAND de la nanopiste reconfigurable en tournant le commutateur (a) sur ralenti, (b) sur 1 et (c) sur 2, respectivement. Les fonctions XNOR/NOR/AND peuvent être converties à partir des portes logiques ci-dessus en commutant la magnétisation de la couche fixe dans la jonction tunnel magnétique (sortie-MTJ) et seule la moitié de la porte NAND peut être utilisée pour réaliser la porte NOT. Crédit :Science China Press
« Deux de ces fonctions ou opérations peuvent être facilement transformées de l'une à l'autre en commutant la chiralité du DMI à l'aide du contrôle de tension dans une seule nanopiste, et les skyrmions peuvent être recyclés après chaque opération », explique Dongxing Yu. Sur la base de la fonction d'ancrage et de désancrage des barrières d'énergie non volatiles, l'équipe a également simulé les états « activé » et « désactivé » d'un transistor skyrmion et d'une réinitialisation du bit skyrmion. "Ce sera une exploration bénéfique de la construction de dispositifs spintroniques en manipulant des structures magnétiques topologiquement non triviales telles que les skyrmions magnétiques", a déclaré Hongxin Yang.
Par rapport à d'autres portes logiques reconfigurables nécessitant une combinaison de plusieurs bandes ou une cascade de fonctions simples pour effectuer deux opérations logiques ou plus, cette étude a réalisé la mise en œuvre et la reconfiguration de sept types de fonctions logiques en une seule nanopiste grâce à des simulations micromagnétiques, simplifiant ainsi davantage la conception des dispositifs logiques à base de spin et la promotion de l'application potentielle des portes logiques à base de skyrmions magnétiques dans le domaine du traitement de l'information.
La recherche a été publiée dans National Science Review . Manipulation déterministe intégrée de skyrmions magnétiques réalisée dans un dispositif nanostructuré
