Tallennusta, logiikkaa ja skyrmioneja

Postdoc Zhaochu Luo ja siru jolla on sekä kilparatamuisti että logiikka.

ETH Zürichin ja Paul Scherrer -instituutin (PSI) vetämä tutkimus esittää kehittäneensä menetelmän, joka mahdollistaa loogisten toimintojen suorittamisen suoraan muistielementin sisällä.

Tutkijoiden tavoitteena on rakentaa nopea, haihtumaton muistijärjestelmä, joka pystyy myös suorittamaan loogisia toimintoja datalle, kuten NOT, OR ja AND.

Tutkijat ovat työskennelleet magneettisen kilparatamuistin kehittämisen parissa jo vuosia. Tämä muistityyppi on paljon nopeampaa kuin perinteiset kiintolevyasemat koska siinä liikkuvat bitit eivätkä mekaaniset kirjoitus/lukupäät. ”Kilparadan” nanolangoilla olevat pienten magneettialueet siirtyvät virtapulssien avulla haluttuun suuntaan kirjoitus/lukupään ohi.

"Se mitä olemme nyt onnistuneet tekemään, on ajaa loogisia toimintoja suoraan kilparatamuistin sisällä", sanoo projektia vetänyt tohtoritutkija Zhaochu Luo.

Tutkijat ovat saaneet aikaan melko erikoisen vaihtovuorovaikutuksen, joka ilmenee, kun magneettinen kobolttikalvon kerrostetaan platinakerrokselle Näin vuorovaikutus saa vierekkäisten alueiden magneettiset momentit kohdistumaan kohtisuoraan toisiinsa nähden. Tämä johtaa myös magnetoinnin pyörähdykseen sovelletun alueen ja seuraavan välillä.

Joten uuden virtapulssin elektronivirta muuttaa vähitellen magneettisen kobolttikerroksen atomisten magneettien napaisuutta ja luo liikkuvan magneettisen alueen. Sitten ennalta määritellyissä paikoissa, joissa kohtisuora vuorovaikutus on vahva, liikkuvan alueen magnetoitumissuunta kääntyy. Tämä vastaa tarkalleen loogista NOT-operaatiota.

On mahdollista yhdistää tällaiset operaatiot erilaisissa kilparatamuistin elementeissä, jolloin saadaan muita loogisia toimintoja, kuten AND, OR ja NAND. Ne voidaan koota monimutkaisempiin piireihin, esimerkiksi lisätä kaksi numeroa yhteen (katso kuva). Mutta toisin kuin puolijohteisiin perustuvissa piireissä, joissa kukin transistori vaatii käyttövirtaa, kilparatamuistipiireille on annettava virtaa vain tulossa ja annossa.

Japanilaisen RIKEN tutkimusorganisaation tutkijoiden on onnistunut manipuloimaan ja seuraamaan yksittäisten skyrmionien eli magneettisten pyörteiden liikkumista. Skyrmioneja pidetään vahvoina ehdokkaina toimimaan informaation kantajina seuraavan sukupolven tallennuslaitteissa ja synapseina neuromorfisessa tietojenkäsittelyssä.

He pystyivät siirtämään ja mittaamaan kooltaan 80 nanometrin kokoisia skyrmioneja erittäin pienellä sähkövirralla, joka on noin tuhat kertaa heikompi kuin kilparatamuistin magneettisen alueiden siirtelyn tarvittava virta.

Tämä työ voisi olla avain uuden tyyppisen "skyrmion-based racetrack" muistityypin luomiseen, joka hyödyntää topologista elektroni-spin kuvioita, mikä mahdollistaa paljon suuremman energiatehokkuuden kuin perinteiset elektroniset laitteet.

Tutkimusryhmää johtaneen Xiuzhen Yun mukaan "Tämän työn avulla olemme osoittaneet, että on mahdollista manipuloida ja seurata yksittäisiä skyrmioita ja sen kidettä suhteellisen pienellä sähkövirralla, ja toivomme, että tämä auttaa kehittämään energiatehokkaamman kilparatamuistin sekä neuromorfista laskentaa.

Aiheista aiemmin:

Muistin ja laskennan yhdistäminen

Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit

Skyrmioneja huonelämpötilassa