Представлен аналоговый компьютер будущего на спиновых волнах

Ученые из Японии и Швейцарии совершили важный шаг на пути к созданию нового поколения аналоговых компьютеров, разработав новые типы логических элементов на основе спиновых волн. Спиновые волны возникают, когда все электроны в системе одновременно меняют ориентацию своих спинов в одном направлении.

Тайчи Гото, доцент Исследовательского института электросвязи Тохокского университета и соавтор исследования, отмечает, что спиновые волны, имеющие длину волн около 100 нанометров, предлагают альтернативный взгляд на аналоговое вычисление, более согласующийся с преимущественно электронным миром цифровых компьютеров. В отличие от оптических аналоговых компьютеров, которые могут быть громоздкими и уязвимыми из-за несовершенств оптических компонентов, технология на основе спиновых волн может быть более доступной и не требует охлаждения, что значительно снижает затраты на ее эксплуатацию.

Исследователи разработали новый тип волновода для логических элементов аналогового компьютера на спиновых волнах, используя не оптику, а «магнонику» для управления этими волнами. Такой подход, по словам Гото, позволяет работать при комнатной температуре без необходимости в дополнительных охладительных системах, что делает его более экономичным в сравнении с другими волновыми технологиями.

Для создания волновода ученые использовали процессирование железо иттриевого граната (Y3Fe5O12, YIG) для получения стержневидных форм, а затем добавили к подложке из YIG двумерный медный гексагональный решетчатый слой, увеличивающий внутреннее отражение и снижающий потери в волноводе.

Спиновые волны в устройстве генерируются антенной, непосредственно размещенной на изоляционной подложке, а двумерный медный слой отражает и направляет эти волны. Размер и структура антенны позволяют легко изменять длину волн спиновых волн, что обеспечивает контроль над такими свойствами, как интерференция, преломление, дифракция и локализация волн.

Исследователи планируют дальнейшее совершенствование методов изготовления материала с двумерным медным покрытием для создания и уточнения логических элементов. Гото выражает уверенность, что уникальные функции чипов на основе спиновых волн откроют новые, хотя пока и неширокие, рынки.

Работа была опубликована в месяце в журнале Physical Review Applied.