(Phys.org) — Les circuits intégrés dans pratiquement tous les ordinateurs d'aujourd'hui sont construits exclusivement à partir de transistors. Mais comme les chercheurs essaient constamment d'améliorer la densité des circuits sur une puce, ils cherchent des moyens alternatifs de construire des circuits. Une méthode alternative utilise des aimants de taille nanométrique, dans lequel les aimants possèdent deux états magnétiques stables qui représentent les états logiques "0" et "1".

Jusqu'à maintenant, La logique nanomagnétique (NML) n'a été mise en œuvre qu'en deux dimensions. Maintenant pour la première fois, une nouvelle étude a démontré une porte logique magnétique programmable en 3D, où les aimants sont disposés de manière 3D. Par rapport à la porte 2D, la disposition 3D des aimants permet une augmentation de l'interaction de champ entre aimants voisins et offre des densités d'intégration plus élevées.

Les chercheurs, Irina Eichwald, et al., à l'Université technique de Munich à Munich, Allemagne; et l'Université de Notre Dame à Notre Dame, Indiana, NOUS, ont publié leur article sur la porte logique magnétique 3D dans un récent numéro de Nanotechnologie .

"Nous avons montré pour la première fois que le couplage de champ magnétique peut être exploité dans les trois dimensions afin de réaliser des circuits de calcul de logique magnétique, et ouvre ainsi la voie aux nouvelles technologies, où des densités d'intégration élevées combinées à une faible consommation d'énergie peuvent être atteintes, " a dit Eichwald Phys.org .

La porte logique magnétique 3D se compose de trois aimants d'entrée qui influencent l'état magnétique d'un aimant de sortie. Pour préparer l'aimant de sortie, les chercheurs ont utilisé un faisceau d'ions focalisé pour irradier une zone de 40 x 40 nm de l'aimant afin de détruire sa structure cristalline, créer un mur de domaine. Lorsque les champs magnétiques des trois aimants d'entrée sont placés à moins de 100 nm du spot irradié, l'état magnétique du mur de domaine peut être contrôlé. Par conséquent, l'aimant de sortie peut être commuté entre les états "0" et "1".

Une caractéristique importante de la porte logique magnétique 3D est que l'un des aimants d'entrée est disposé dans une couche supplémentaire par rapport aux portes logiques magnétiques 2D. L'ajout d'une troisième dimension augmente la quantité de zone magnétique entourant l'aimant de sortie de 1/3, et augmente également l'influence de chaque aimant d'entrée de 1/6. Ces effets magnétiques plus forts réduisent le taux d'erreur et améliorent la fonctionnalité de la porte. L'aimant d'entrée dans la troisième dimension programme également la porte pour qu'elle fonctionne comme une porte NOR ou NAND.

Le NML présente plusieurs avantages potentiels par rapport aux transistors. La première est qu'il n'y a pas besoin de câblage électrique ou d'interconnexions car le calcul est entièrement effectué par des interactions magnétiques entre des aimants voisins. NML fonctionne également avec une faible consommation d'énergie, qui à son tour permet la combinaison de la logique et des fonctionnalités de mémoire dans un seul appareil.

Il y a aussi l'avantage des hautes densités utilisant le NML, ce qui est possible en partie grâce à la petite taille des grilles magnétiques 3D (ici, environ 700 x 550 nm). Bien que des densités élevées conduisent au problème des champs magnétiques parasites interférant avec des aimants autres que leurs voisins les plus proches, les chercheurs notent que des recherches antérieures ont déjà commencé à discuter et à proposer des solutions à ces problèmes. Globalement, NML pourrait avoir une variété d'applications.

"L'aspect principal de la logique nanomagnétique 3D est que vous pouvez construire des circuits, dans lequel un grand nombre de processus de calcul sont effectués simultanément (le mot-clé est architecture systolique), tandis que la consommation d'énergie est maintenue au minimum (car il vous suffit de générer un champ magnétique global et vous pouvez ensuite cadencer l'ensemble du circuit), " a déclaré Eichwald. " Les applications sont le filtrage numérique, décodage et cryptographie. Ici, tous les processus informatiques devraient être effectués par des aimants."

Les résultats ici ouvrent la voie au développement d'autres architectures 3D de circuits NML à l'avenir.

"Les futurs plans de recherche sont d'étudier une structure d'additionneur 3D complète, avec le plus petit nombre possible d'aimants et la plus petite consommation de surface, " a déclaré Eichwald.

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