Una imagen de microscopía electrónica de barrido de vista superior de un dispositivo de unión de túnel magnético. Crédito:K. Hayakawa et al.
Los investigadores de la Universidad de Tohoku tienen, por primera vez, desarrolló la tecnología para la operación en nanosegundos del bit probabilístico basado en espintrónica (p-bit), denominado "bit cuántico del pobre" (q-bit).
El fallecido físico R.P. Feynman concibió una computadora probabilística capaz de manejar probabilidades a escala para permitir una computación eficiente. "Usando espintrónica, nuestra última tecnología dio el primer paso para hacer realidad la visión de Feynman, "dijo Shun Kanai, profesor del Instituto de Investigación de Comunicación Eléctrica de la Universidad de Tohoku y autor principal del estudio.
Las uniones de túnel magnético (MTJ) son el componente clave de la memoria no volátil o MRAM, una tecnología de memoria producida en masa que utiliza la magnetización para almacenar información. Allí, La fluctuación térmica suele representar una amenaza para el almacenamiento estable de información.
P-bits, por otra parte, funcionan con estas fluctuaciones térmicas en MTJ térmicamente inestables (estocásticas). La investigación colaborativa previa entre la Universidad de Tohoku y la Universidad de Purdue demostró una computadora probabilística basada en espintrónica a temperatura ambiente que consta de MTJ estocásticos con tiempos de relajación de milisegundos.
Para hacer de las computadoras probabilísticas una tecnología viable, es necesario desarrollar MTJ estocásticos con tiempos de relajación mucho más cortos, lo que reduce la escala de tiempo de fluctuación del bit p. Hacerlo aumentaría efectivamente la velocidad / precisión del cálculo.
Señal de voltaje transmitida medida en tiempo real que refleja el estado de magnetización y el estado del bit. Tiempo de relajacion, definido como un tiempo de conmutación con un promedio de más de 100 millones de veces por segundo, fue observado. Crédito:K. Hayakawa et al.
El grupo de investigación de la Universidad de Tohoku, que comprende Kanai, el profesor Hideo Ohno (el actual presidente de la Universidad de Tohoku), y el profesor Shunsuke Fukami, produjo un dispositivo MTJ a nanoescala con un eje fácil magnético en el plano (Fig. 1). La dirección de magnetización se actualiza cada 8 nanosegundos en promedio, 100 veces más rápido que el récord mundial anterior (Fig 2).
El grupo explicó el mecanismo de este tiempo de relajación extremadamente corto utilizando la entropía, una cantidad física que se utiliza para representar la estocasticidad de sistemas que anteriormente no se habían considerado para la dinámica de magnetización. Derivando una ecuación universal que gobierna la entropía en la dinámica de magnetización, descubrieron que la entropía aumenta rápidamente en MTJ con eje fácil en el plano con mayores magnitudes de anisotropía magnética perpendicular. El grupo empleó intencionalmente un eje fácil magnético en el plano para lograr tiempos de relajación más cortos.
"El MTJ desarrollado es compatible con los procesos de back-end-of-line de semiconductores actuales y muestra una promesa sustancial para la realización futura de computadoras probabilísticas de alto rendimiento, ", agregó Kanai." Nuestro marco teórico de la dinámica de magnetización, incluida la entropía, también tiene una amplia implicación científica, mostrando en última instancia el potencial de la espintrónica para contribuir a cuestiones debatibles en la física estadística ".
