(Phys.org) —De geïntegreerde schakelingen in vrijwel elke computer van tegenwoordig zijn uitsluitend opgebouwd uit transistors. Maar omdat onderzoekers voortdurend proberen de dichtheid van circuits op een chip te verbeteren, ze kijken naar alternatieve manieren om circuits te bouwen. Een alternatieve methode maakt gebruik van magneten van nanoformaat, waarin de magneten twee stabiele magnetische toestanden bezitten die de logische toestanden "0" en "1" vertegenwoordigen.

Tot nu, nanomagnetische logica (NML) is slechts in twee dimensies geïmplementeerd. Nu voor het eerst, een nieuwe studie heeft een 3D programmeerbare magnetische logische poort aangetoond, waar de magneten op een 3D-manier zijn gerangschikt. In vergelijking met de 2D-poort, de 3D-opstelling van de magneten zorgt voor een toename van de veldinteractie tussen naburige magneten en biedt hogere integratiedichtheden.

De onderzoekers, Irina Eichwald, et al., aan de Technische Universiteit van München in München, Duitsland; en de Universiteit van Notre Dame in Notre Dame, Indiana, ONS, hebben hun paper over de 3D magnetische logische poort gepubliceerd in een recent nummer van Nanotechnologie .

"We hebben voor het eerst aangetoond dat magnetische veldkoppeling in alle drie de dimensies kan worden benut om magnetische logische computercircuits te realiseren, en daarmee de weg vrijmaakt voor nieuwe technologieën, waar hoge integratiedichtheden in combinatie met een laag stroomverbruik kunnen worden bereikt, " vertelde Eichwald" Phys.org .

De 3D magnetische logische poort bestaat uit drie ingangsmagneten die de magnetische toestand van één uitgangsmagneet beïnvloeden. Om de uitgangsmagneet voor te bereiden, de onderzoekers gebruikten een gefocusseerde ionenstraal om een ​​gebied van 40 x 40 nm van de magneet te bestralen om de kristallijne structuur te vernietigen, het maken van een domeinmuur. Wanneer de magnetische velden van de drie ingangsmagneten binnen 100 nm van de bestraalde plek worden geplaatst, de magnetische toestand van de domeinmuur kan worden gecontroleerd. Als resultaat, de uitgangsmagneet kan worden geschakeld tussen de toestanden "0" en "1".

Een belangrijk kenmerk van de 3D magnetische logische poort is dat een van de ingangsmagneten in een extra laag is gerangschikt in vergelijking met 2D magnetische logische poorten. Door een derde dimensie toe te voegen, wordt de hoeveelheid magnetisch gebied rond de uitgangsmagneet met 1/3 vergroot, en verhoogt ook de invloed van elke ingangsmagneet met 1/6. Deze sterkere magnetische effecten verminderen het foutenpercentage en verbeteren de functionaliteit van de poort. De ingangsmagneet in de derde dimensie programmeert de poort ook om te werken als een NOR- of NAND-poort.

NML heeft verschillende potentiële voordelen ten opzichte van transistors. Een daarvan is dat er geen elektrische bedrading of onderlinge verbindingen nodig zijn, omdat de berekening volledig wordt uitgevoerd door magnetische interacties tussen naburige magneten. NML werkt ook met een laag stroomverbruik, wat op zijn beurt de combinatie van logica en geheugenfunctionaliteit in één apparaat mogelijk maakt.

Er is ook het voordeel van hoge dichtheden met NML, wat mede mogelijk is door het kleine formaat van de 3D magnetische poorten (hier, ongeveer 700 x 550 nm). Hoewel hoge dichtheden leiden tot het probleem van verdwaalde magnetische velden die interfereren met andere magneten dan hun naaste buren, de onderzoekers merken op dat eerder onderzoek al is begonnen met het bespreken en voorstellen van oplossingen voor deze problemen. Algemeen, NML kan verschillende toepassingen hebben.

"Het belangrijkste aspect van 3D-nanomagnetische logica is dat je circuits kunt opbouwen, waarin een groot aantal computerprocessen tegelijkertijd wordt uitgevoerd (het sleutelwoord is systolische architectuur), terwijl het stroomverbruik tot een minimum wordt beperkt (omdat je alleen een globaal magnetisch veld hoeft te genereren en dan kun je het hele circuit klokken), "Zei Eichwald. "Toepassingen zijn digitale filtering, decoderen en cryptografie. Hier zouden alle computerprocessen door magneten moeten worden gedaan."

De resultaten hier effenen de weg voor de ontwikkeling van andere 3D-architecturen van NML-circuits in de toekomst.

"De toekomstige onderzoeksplannen zijn om een ​​3D volledige adderstructuur te onderzoeken, met het laagst mogelijke aantal magneten en het kleinste oppervlakteverbruik, ' zei Eichwald.

© 2014 Fys.org