研究人員實現(xiàn)自旋波訊號處理技術突破!

來源：萬利隆電子人氣：發(fā)布時間：2017-11-14

新加坡國立大學的研究人員設計了一種傳播自旋波的方法，可用于開發(fā)高速且微型化的資料處理元件，并具有巨大的潛力成為更節(jié)能、更快速且更高容量的記憶體元件。

自旋波技術可追溯到數(shù)十年前，但由于存在訊號以不同方向傳播的多變特性，使其至今在作為電荷半導體技術的替代方案上仍然受到阻礙。

新加坡國立大學(National University of Singapore；NUS)的研究人員設計了一種傳播自旋波的方法，可用于開發(fā)高速且微型化的資料處理元件，并具有巨大的潛力成為更節(jié)能、更快速且更高容量的記憶體元件。

基于自旋波的元件采用磁性材料中電子自旋的集體激發(fā)作為資訊的載體。但是，新加坡國立大學電子與電腦工程系教授Adekunle Adeyeye在接受《EE Times》的訪問時解釋，該技術的非等向性訊號傳播，對于自旋波元件的實際工業(yè)應用帶來了挑戰(zhàn)。

然而，Adeyeye的研究團隊最近開發(fā)出一種新方法，可在相同頻率范圍以多個方向同步傳播自旋波訊號；它采用一種包括不同磁性材料層的新穎結構來產(chǎn)生自旋波訊號，而不需要任何外部磁場。這種途徑可實現(xiàn)超低功耗作業(yè)，使其適用于元件整合，以及在室溫下更高能效地運作。

由于自旋波元件使用電子自旋的集體激勵作為資訊載體，使其成為以電荷傳輸資訊的半導體電路替代方案上。正如Adeyeye所解釋的，等向性的平面內(nèi)傳播與自旋波一樣，必須在自旋元件的平面外磁化。在其研究論文中，研究人員們解釋如何解決低阻尼垂直磁性材料缺乏可用性的問題。一般來說，平面內(nèi)的亞鐵磁性材料(YIG)用于大型的平面外偏置磁場，這可能阻礙了等向性自旋波的優(yōu)點。

在進行實驗時，Adeyeye的研究團隊展示了一款自旋波元件，它不需要額外的磁場，就能在另一個平面內(nèi)鐵磁體Ni80Fe20或坡莫合金(Py)中取得垂直磁化。這兩種磁性材料都是自旋微管很典型的選擇。經(jīng)由交錯耦合多層鈷(Co)/鈀(Pd)，即可在Py引發(fā)垂直非等向性。在實驗中，以任意角度圖案化三個通道的微管中顯示了磁量子自旋資訊的非等向性傳播。

研究人員在其論文中詳細介紹實驗配置：使用100×物鏡將雷射光束聚焦至樣本，樣本置于奈米定位階段的頂部。使用偏振分光器，以相同的物鏡收集散射光束并將其導向干涉儀。白光和相機共線布置，用于定位和穩(wěn)定樣本，接著再藉由連接至RF訊號產(chǎn)生器的GSG型條紋天線激發(fā)自旋波。

綜合這些發(fā)現(xiàn)，使得自旋波隨需求進行控制、對資訊進行局部操縱以及磁路的重新編程成為可能，而這也反過來實現(xiàn)了基于自旋波的運算以及資料的一致處理。不過，他并不想推測需要多少時間才能讓這些專利實現(xiàn)商用化，但最終目標在于讓任何自旋波元件得以相容于現(xiàn)有的CMOS制程，才有助于增加可能的應用。

而在不久的將來，該團隊正探索使用其他新型的磁性材料，以實現(xiàn)一致的長距離自旋波訊號傳輸。

編譯：Susan Hong

(參考原文：Spin Wave Breakthrough Solves Signal Propagation Challenge，by Gary Hilson)

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此文關鍵詞：元件，