In één enkele nanotrack heeft een onderzoeksteam de annihilatie, fusie en rangeren van twee skyrmionen met tegengestelde chiraliteit bereikt via lokale omkering van de DMI, evenals het pinning-effect van energiebarrières op skyrmionen.

Deze studie werd geleid door Prof. Hongxin Yang (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences) en Dr. Dongxing Yu (Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences). Eerste-principe berekeningen werden uitgevoerd door Prof. Hongxin Yang, en micromagnetische simulaties van magnetische skyrmion-dynamica werden uitgevoerd door Dongxing Yu.

"Dit dynamische gedrag van magnetische skyrmionen is zeer haalbaar voor het ontwerp van op magnetische skyrmion gebaseerde spintronische apparaten zoals logische poorten, transistors, complementair circuitgeheugen, enz.", zegt prof. Hongxin Yang. Met de toename van chirale multiferroïsche materialen en de opkomst van DMI-chiraliteitsschakelmechanisme, zullen de op magnetische skyrmionen gebaseerde logische poorten hopelijk worden vereenvoudigd tot één enkele nanotrack en de volledige reconstructie van Booleaanse logische poorten bereiken.

Dr. Dongxing Yu, Prof. Hongxin Yang, Prof. Mairbek Chshiev onderzochten samen met Nobelprijswinnaar natuurkundige Prof. Albert Fert het verband tussen de reconstructie van logische poorten en de dynamiek van magnetische skyrmionen. Door de DMI-chiraliteit lokaal te regelen, reconstrueerde het team de niet-vluchtige energiebarrières om verschillende dynamische magnetische skyrmion-fenomenen te schakelen, waardoor de implementatie en herconfiguratie van logische functies mogelijk werd, waaronder AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR en XNOR.

"Elk van deze functies of bewerkingen kunnen eenvoudig van de ene naar de andere worden getransformeerd door de chiraliteit van de DMI om te schakelen met behulp van spanningsregeling in één enkele nanotrack, en skyrmionen kunnen na elke bewerking worden gerecycled", zegt Dongxing Yu. Op basis van de pinning- en depinning-functie van niet-vluchtige energiebarrières, simuleerde het team ook de "aan" en "uit" -toestanden van een skyrmion-transistor en skyrmion-bitreset. "Dit zal een nuttige verkenning zijn van de constructie van spintronische apparaten door topologisch niet-triviale magnetische structuren zoals magnetische skyrmionen te manipuleren", zegt Hongxin Yang.

Vergeleken met andere herconfigureerbare logische poorten die een combinatie van meerdere strips of een cascade van eenvoudige functies vereisen om twee of meer logische bewerkingen uit te voeren, realiseerde deze studie de implementatie en herconfiguratie van zeven soorten logische functies in één enkele nanotrack door middel van micromagnetische simulaties, waardoor verdere vereenvoudiging het ontwerp van de op spin gebaseerde logische apparaten en het bevorderen van de mogelijke toepassing van op magnetische skyrmionen gebaseerde logische poorten op het gebied van informatieverwerking.

Het onderzoek is gepubliceerd in National Science Review . + Verder verkennen

Deterministisch geïntegreerde manipulatie van magnetische skyrmionen bereikt in nanogestructureerde apparaten