Realización y reconfiguración de puertas lógicas magnéticas basadas en skyrmion en un solo nanoorbital

La investigación fue dirigida por el Prof. Hongxin Yang (Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China) y el Dr. Dongxing Yu (Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China). El profesor Hongxin Yang realizó cálculos de primeros principios y Dongxing Yu realizó simulaciones micromagnéticas de la dinámica magnética del skyrmion.

“Estos comportamientos dinámicos de los skyrmions magnéticos son muy factibles para diseñar dispositivos espintrónicos basados ​​en skyrmions magnéticos, como puertas lógicas, transistores, memorias de carreras complementarias, etc.”, dijo el profesor Hongxin Yang. Con el aumento de multiferroicos quirales y la aparición de mecanismos de conmutación de quiralidad DMI, se espera que las puertas lógicas magnéticas basadas en skyrmion se reduzcan a un solo nanoorbital, lo que permite la reconfiguración completa de las puertas lógicas booleanas.

El Dr. Dongxing Yu, el Prof. Hongxin Yang, el Prof. Mairbek Chshiev y el físico ganador del Premio Nobel, el Prof. Albert Fert, discutieron la conexión entre la reconfiguración de la puerta lógica y la dinámica de los skyrmions magnéticos. Al controlar localmente la quiralidad DMI, el equipo reconfiguró la barrera de energía no volátil para cambiar varias dinámicas magnéticas de skyrmion, lo que permitió la realización y reconfiguración de sistemas que incluyen funciones lógicas AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR.

“Al cambiar la quiralidad del DMI usando el control de voltaje en un solo nanoorbital, dos de estas funciones u operaciones pueden cambiarse fácilmente a otra, y los skyrmions pueden reciclarse después de cada operación”, dijo Dongxing Yu. Basándose en las funciones de fijación y desconexión de la barrera de energía no volátil, el equipo también simuló los estados “encendido” y “apagado” del transistor skyrmion y el reinicio del bit skyrmion. “Esta será una exploración beneficiosa para construir dispositivos espintrónicos mediante la manipulación de estructuras magnéticas topológicamente no triviales como los skyrmions magnéticos”, dijo Hongxin Yang.

En comparación con otras puertas lógicas reconfigurables que requieren combinar múltiples tiras o funciones simples en cascada para realizar dos o más operaciones lógicas, este estudio permite la realización de siete funciones lógicas en una sola nanopista a través de simulaciones micromagnéticas y reconfiguración, lo que simplifica aún más el diseño de espín. dispositivos lógicos basados ​​en skyrmion y promoviendo la aplicación potencial de puertas lógicas magnéticas basadas en skyrmion en el campo del procesamiento de información.

El estudio fue publicado en Revista Nacional de Ciencias.