(a) Illustrationer av magnetiska skyrmioner av Néel-typ med olika topologisk laddning och helicitetstal. (b) Skyrmions-baserad logikenhet med enkel nanospår med två ingångar i båda ändar och en utgång i mitten. Kredit:Science China Press
I ett enda nanospår har ett forskarlag åstadkommit förintelsen, sammansmältningen och shuntningen av två skyrmioner med motsatt kiralitet via lokal omkastning av DMI, såväl som fastsättningseffekten av energibarriärer på skyrmioner.
Denna studie leddes av Prof. Hongxin Yang (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences) och Dr. Dongxing Yu (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences). Beräkningar av de första principerna utfördes av professor Hongxin Yang, och mikromagnetiska simuleringar av magnetisk skyrmiondynamik utfördes av Dongxing Yu.
"Dessa dynamiska beteenden hos magnetiska skyrmioner är mycket möjliga för design av magnetiska skyrmionbaserade spintroniska enheter som logiska grindar, transistorer, komplementärt racerbaneminne, etc.", säger professor Hongxin Yang. Med ökningen av kirala multiferroiska material och uppkomsten av DMI-kiralitetsväxlingsmekanism, kommer de magnetiska skyrmionsbaserade logiska grindarna förhoppningsvis att förenklas till ett enda nanospår och uppnå den fullständiga rekonstruktionen av booleska logiska grindar.
Dr Dongxing Yu, Prof. Hongxin Yang, Prof. Mairbek Chshiev, tillsammans med nobelpristagarens fysiker Prof. Albert Fert, utforskade sambandet mellan rekonstruktionen av logiska grindar och dynamiken hos magnetiska skyrmioner. Genom att lokalt kontrollera DMI-kiraliteten, rekonstruerade teamet de icke-flyktiga energibarriärerna för att byta olika magnetiska skyrmions dynamiska fenomen, vilket möjliggör implementering och omkonfigurering av logiska funktioner inklusive AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR och XNOR.
XOR/ELLER/NAND-operationer av det omkonfigurerbara nanospåret genom att vrida omkopplaren (a) till tomgång, (b) till 1 respektive (c) till 2. XNOR/NOR/AND-funktioner kan konverteras från ovanstående logiska grindar genom att växla magnetiseringen av det fasta lagret i den magnetiska tunnelövergången (utgång-MTJ) och endast hälften av NAND-grinden kan användas för att realisera NOT-grinden. Kredit:Science China Press
"Val som helst av dessa funktioner eller operationer kan enkelt omvandlas från en till en annan genom att byta kiralitet hos DMI med spänningskontroll i ett enda nanospår, och skyrmioner kan återvinnas efter varje operation", säger Dongxing Yu. Baserat på stiftnings- och depinningsfunktionen hos icke-flyktiga energibarriärer, simulerade teamet också "på" och "av" tillstånden för en skyrmiontransistor och skyrmionbitåterställning. "Detta kommer att vara en fördelaktig utforskning av konstruktionen av spintroniska enheter genom att manipulera topologiskt icke-triviala magnetiska strukturer som magnetiska skyrmioner," säger Hongxin Yang.
Jämfört med andra omkonfigurerbara logiska grindar som kräver en kombination av flera remsor eller en kaskad av enkla funktioner för att utföra två eller flera logiska operationer, realiserade denna studie implementeringen och omkonfigureringen av sju typer av logiska funktioner till ett enda nanospår genom mikromagnetiska simuleringar, vilket ytterligare förenklade utformningen av de spinnbaserade logikenheterna och främjar den potentiella tillämpningen av magnetiska skyrmionsbaserade logiska grindar inom området informationsbehandling.
Forskningen publicerades i National Science Review . + Utforska vidare
