Bilgisayar elektroniği, temel fonksiyonlu, artık kullanılmayan daha büyük ölçekli atalarının aksine mantık hesaplamaları yapan küçük ölçekli, yeterli elektrik akımlarının olduğu sistemdir. Örneğin, “çoğunluk kapısı” olarak adlandırılan bir yarı iletken tabanlı mantık geçidi, üç giriş akımından en az ikisini (veya eşdeğer olarak üç voltajı) içeren “0” veya “1” durumuna uyacak şekilde akım üretir. Ancak klasik fizikte çok küçük cihazlar için “mantıksal kapı” nasıl inşa edilir?
Sonuçları AIP Publishing Applied Physics Letters‘da yayınlanan yeni bir deneysel gösteride, manyetik sistemlerde gözlemlenen spin-dalgalar-senkron dalgalar, elektron-spin hizalamasının etkileşimini kullanıyor. (YIG) Yttrium-Iron-Garnet’la yapılann “spin-wave Çoğunluk Kapısı Prototipi”, Spin + X adında Alman Araştırma Vakfı’nın finanse ettiği, yeni bir işbirlikçi araştırma merkezinden geliyor. Bu çalışma Avrupa Birliği tarafından InSpin Projesi kapsamında da desteklendi ve Belçika Nanoteknoloji Araştırma Enstitüsü IMEC ile işbirliği içinde gerçekleştirildi.
Kaiserslautern Üniversitesi‘nden bir ekip, girdi bilgilerini “mantık kapısı”na göndermek için klasik elektrik akımları veya voltajlar kullanmak yerine, manyetik materyalin ortak spininde titreşimler kullandılar; bu da esasen, daha sonra Boolean hesaplamaları üretmek üzere müdahale edebilen nanometre ölçekli mıknatıslanma dalgaları yaratır.
* Boolean matematiği, elektrik anahtarlama devrelerine uygulanışı açıklayan bir matematik mantığıdır.
Fischer, “Manyetik materyalde; birbirleriyle etkileşen atomik manyetik momentler ve bu etkileşim nedeniyle yayılabilecek dalga benzeri uyarılar var. Araştırmakta olduğumuz cihaz, bu dalgaların etkileşimine dayanıyor.”
Çoğunluk kapısının çıktısını üretmek için dalga girişimini kullanmak, bilginin kontrolünde olacak iki parametre sağlar: Dalganın Genliği ve Fazı. Prensip olarak, bu konsepti daha verimli hale getirir, çünkü çoğunluk geçidi modern elektronik cihazlarda 10 transistöre ikame edebilir.
Fischer, “Araştırmakta olduğumuz cihaz dalgaları birleştiren üç girdiden oluşuyor. Bilgiyi kodladığımız girdi safhalarına bağlı olarak, çıkış sinyalinin fazını belirlediğinden, mantıksal çıkış durumunu ‘0’ veya ‘1’ olarak tanımlıyoruz”
Bu ilk cihaz prototipi, fiziksel olarak, Fischer ve meslektaşları tarafından, nihai büyük ölçekli kullanım için gördüklerinden daha büyük olsa da, spin-dalga fenomenlerinin GHz frekanslarında güvenilir bilgi işleme için uygulanabilirliğini açıkça göstermektedir.
Bu döngü dalgalarının, dalga boyları kolayca nano ölçeğe indirgendiği için, kapının kendisi de olabilir. Bunu yapmak, aslında istenmeyen alan dalgalanmalarına duyarlılığını azaltarak, işlevselliğini artırabilir. Ayrıca, nano ölçeklendirme, hesaplama hızında bir artış sağlayacak spin-dalga hızlarını artıracaktır.
Fischer, “Cihazın minyatürleşmesi için cihaz ne kadar küçük olursa, bu etkiler de o kadar az hassas oluyor. Eğer bu yayılma uzunluğuna kaç tane dalga boyunun sığdığına bakarsanız, o kadar az dalga boyundaki değişimin çıktı üzerindeki etkisi azalıyor ve temelde bu cihazın küçültülmesi de daha fazla fayda sağlayacak.”
Dahası, antenler gibi çok sayıda tek bir cihaz aynı anda birden fazla frekansta çalıştırılabilir. Bu, gelecekteki bir spin-dalga işlemcisinin aynı “çekirdeğini” kullanan paralel hesaplamalara olanak tanıyacaktır.
