(Phys.org) —De integrerade kretsarna i praktiskt taget alla datorer idag är byggda uteslutande av transistorer. Men eftersom forskare ständigt försöker förbättra kretstätheten på ett chip, de tittar på alternativa sätt att bygga kretsar. En alternativ metod använder nanostora magneter, där magneterna har två stabila magnetiska tillstånd som representerar de logiska tillstånden "0" och "1".

Tills nu, nanomagnetisk logik (NML) har implementerats endast i två dimensioner. Nu för första gången, en ny studie har visat en 3D-programmerbar magnetisk logikgrind, där magneterna är arrangerade på ett 3D-sätt. I jämförelse med 2D -grinden, 3D -arrangemanget för magneterna möjliggör en ökning av fältinteraktionen mellan angränsande magneter och erbjuder högre integrationstätheter.

Forskarna, Irina Eichwald, et al., vid Münchens tekniska universitet i München, Tyskland; och University of Notre Dame i Notre Dame, Indiana, USA, har publicerat sin artikel om 3D-magnetisk logikport i ett nyligen utgåva av Nanoteknik .

"Vi visade för första gången att magnetfältskoppling kan utnyttjas i alla tre dimensioner för att realisera magnetiska logiska beräkningskretsar, och banar därför väg för ny teknik, där höga integrationstätheter i kombination med låg strömförbrukning kan uppnås, " berättade Eichwald Phys.org .

3D -magnetisk logikport består av tre ingångsmagneter som påverkar det magnetiska tillståndet för en utmatningsmagnet. För att förbereda utgångsmagneten, forskarna använde en fokuserad jonstråle för att bestråla ett 40 x 40 nm område av magneten för att förstöra dess kristallina struktur, skapa en domänvägg. När magnetfälten från de tre ingångsmagneterna placeras inom 100 nm från den bestrålade platsen, domänväggens magnetiska tillstånd kan kontrolleras. Som ett resultat, utgångsmagneten kan växlas mellan "0" och "1" tillstånden.

En viktig egenskap hos den 3D magnetiska logiska grinden är att en av ingångsmagneterna är anordnade i ett extra lager jämfört med 2D magnetiska logiska grindar. Att lägga till en tredje dimension ökar mängden magnetiskt område som omger utmatningsmagneten med 1/3, och ökar också inflytandet av varje ingångsmagnet med 1/6. Dessa starkare magnetiska effekter minskar felprocenten och förbättrar funktionaliteten hos grinden. Ingångsmagneten i den tredje dimensionen programmerar också grinden att fungera som antingen en NOR- eller NAND-grind.

NML har flera potentiella fördelar jämfört med transistorer. En är att det inte finns något behov av elektriska ledningar eller sammankopplingar eftersom beräkningen utförs helt av magnetiska interaktioner mellan närliggande magneter. NML arbetar också med låg strömförbrukning, vilket i sin tur möjliggör kombinationen av logik och minnesfunktionalitet i en enda enhet.

Det finns också fördelen med höga densiteter med NML, vilket är möjligt delvis på grund av den lilla storleken på de magnetiska 3D-grindarna (här, cirka 700 x 550 nm). Även om höga densiteter leder till problemet med strömagnetiska fält som stör andra magneter än deras närmaste grannar, forskarna noterar att tidigare forskning redan har börjat diskutera och föreslå lösningar på dessa problem. Övergripande, NML kan ha en mängd olika tillämpningar.

"Huvudaspekten med 3D nanomagnetisk logik är att du kan bygga upp kretsar, där ett stort antal beräkningsprocesser görs samtidigt (nyckelordet är systolisk arkitektur), medan strömförbrukningen hålls på ett minimum (eftersom du bara behöver generera ett globalt magnetfält och då kan du klocka hela kretsen), " sa Eichwald. "Applikationer är digital filtrering, avkodning och kryptografi. Här bör alla beräkningsprocesser göras med magneter."

Resultaten här banar väg för utveckling av andra 3D -arkitekturer för NML -kretsar i framtiden.

"De framtida forskningsplanerna är att undersöka en 3D-full adderstruktur, med lägsta möjliga antal magneter och minsta ytförbrukning, sa Eichwald.

© 2014 Phys.org