Op de jaarlijkse conferentie over magnetisme en magnetische materialen, imec, het toonaangevende onderzoeks- en innovatiecentrum op het gebied van nano-elektronica en digitale technologieën, presenteerde baanbrekende resultaten ter ondersteuning van de bouw van technologierelevante meerderheidspoorten op basis van spingolven. Rapportage van twee primeurs in de branche die cruciaal zijn voor ultralow-power beyond-CMOS-technologie, imec demonstreerde de opwekking en detectie van spingolven in magnetische golfgeleiders van minder dan micron met golflengten kleiner dan 350nm die zich over 10 micrometer verplaatsen in een 500nm brede golfgeleider, en voorgestelde modellen voor meerderheidswerking in spingolfstructuren op nanoschaal.

Spintronic-meerderheidspoortapparaten zijn veelbelovende alternatieven voor CMOS-technologie voor bepaalde toepassingen, bijvoorbeeld voor rekenkundige circuits. Meerderheidspoorten zijn apparaten waarbij de toestand van de uitgang wordt bepaald door de meerderheid van de ingangen:als bijvoorbeeld meer dan 50 procent van de ingangen waar is, de uitvoer moet true retourneren. De output van de spin-wave meerderheidspoort is dan gebaseerd op de interferentie van meerdere spingolven die zich voortplanten in een zogenaamde spin-wave bus, of golfgeleider. Wanneer geminiaturiseerd tot op nanoschaal, spin-wave meerderheidspoorten kunnen rekenkundige circuits mogelijk maken die veel compacter en energiezuiniger zijn dan op CMOS gebaseerde circuits.

imec, in samenwerking met de Universiteit van Kaiserslautern en de Universiteit Paris-Sud, bestudeerde spin-golfvoortplanting in een 10nm dikke magnetische golfgeleider. belangrijk, ze ontdekten dat spingolven, opgewekt door een RF-aangedreven antenne, kan meer dan 10 micrometer reizen in een 500 nm brede golfgeleider. In een tweede experiment, ze ontwikkelden een volledig elektrische detectiemethode voor het karakteriseren van voortplantende spingolven in een magnetische bus. Spingolven met golflengtes zo minuscuul als 340 nm konden worden gedetecteerd - meer dan twee keer kleiner dan eerder bereikte industriële resultaten - en baanden de weg naar geschaalde spingolfleidingen.

Door middel van micromagnetische simulaties, de werking van een vorkachtige spin-golf meerderheidsstructuur op nanoschaal werd met succes aangetoond. Bij deze kleine afmetingen magneto-elektrische cellen worden gebruikt in plaats van antennes om de spingolven op te wekken en te detecteren. Het voorgestelde detectieschema stelde imec in staat om het meerderheidsfaseresultaat van de spingolfinterferentie in een zeer kort tijdsbestek vast te leggen, wat minder dan drie nanoseconden was.

"Spin-wave meerderheidspoorten met micro-afmetingen zijn eerder gemeld, echter, dat ze CMOS-competitief zijn, ze moeten worden geschaald en omgaan met golven met golflengten van nanometergrootte, " verklaarde Iuliana Radu, vooraanstaand lid van de technische staf die Beyond CMOS coördineert bij imec. "We stellen hier een methode voor om deze spin-wave-apparaten in nanometer-afmetingen te schalen. De uitzonderlijke resultaten van vandaag zullen wegen openen naar het bouwen van spin-wave-meerderheidspoorten die beloven beter te presteren dan op CMOS gebaseerde logische technologie in termen van vermogen en oppervlaktevermindering."