新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種傳播自旋波的方法，可用于開(kāi)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(shù)可追溯到數(shù)十年前，但由于存在訊號(hào)以不同方向傳播的多變特性，使其至今在作為電荷半導(dǎo)體技術(shù)的替代方案上仍然受到阻礙。

新加坡國(guó)立大學(xué)(National University of Singapore；NUS)的研究人員設(shè)計(jì)了一種傳播自旋波的方法，可用于開(kāi)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(guó)立大學(xué)電子與電腦工程系教授Adekunle Adeyeye在接受《EE Times》的訪問(wèn)時(shí)解釋，該技術(shù)的非等向性訊號(hào)傳播，對(duì)于自旋波元件的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

然而，Adeyeye的研究團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)出一種新方法，可在相同頻率范圍以多個(gè)方向同步傳播自旋波訊號(hào)；它采用一種包括不同磁性材料層的新穎結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生自旋波訊號(hào)，而不需要任何外部磁場(chǎng)。這種途徑可實(shí)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(yùn)作。

由于自旋波元件使用電子自旋的集體激勵(lì)作為資訊載體，使其成為以電荷傳輸資訊的半導(dǎo)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(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，平面內(nèi)的亞鐵磁性材料(YIG)用于大型的平面外偏置磁場(chǎng)，這可能阻礙了等向性自旋波的優(yōu)點(diǎn)。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，Adeyeye的研究團(tuán)隊(duì)展示了一款自旋波元件，它不需要額外的磁場(chǎng)，就能在另一個(gè)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(cuò)耦合多層鈷(Co)/鈀(Pd)，即可在Py引發(fā)垂直非等向性。在實(shí)驗(yàn)中，以任意角度圖案化三個(gè)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(xì)介紹實(shí)驗(yàn)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(dǎo)向干涉儀。白光和相機(jī)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(hào)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(jìn)行控制、對(duì)資訊進(jìn)行局部操縱以及磁路的重新編程成為可能，而這也反過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)了基于自旋波的運(yùn)算以及資料的一致處理。不過(guò)，他并不想推測(cè)需要多少時(shí)間才能讓這些專利實(shí)現(xiàn)商用化，但最終目標(biāo)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(yīng)用。

而在不久的將來(lái)，該團(tuán)隊(duì)正探索使用其他新型的磁性材料，以實(shí)現(xiàn)一致的長(zhǎng)距離自旋波訊號(hào)傳輸。

編譯：Susan Hong

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