( a ) Ilustraciones de skyrmions magnéticos de tipo Néel con diferente carga topológica y número de helicidad. (b) Dispositivo lógico de nanopista única basado en Skyrmions con dos entradas en ambos extremos y una salida en el medio. Crédito:Science China Press
En una sola nanopista, un equipo de investigación logró la aniquilación, fusión y derivación de dos skyrmions con quiralidad opuesta a través de la inversión local del DMI, así como el efecto de fijación de las barreras de energía en los skyrmions.
Este estudio fue dirigido por el Prof. Hongxin Yang (Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China) y el Dr. Dongxing Yu (Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, Academia de Ciencias de China). Los cálculos de los primeros principios fueron realizados por el profesor Hongxin Yang, y las simulaciones micromagnéticas de la dinámica del skyrmion magnético fueron realizadas por Dongxing Yu.
"Estos comportamientos dinámicos de los skyrmiones magnéticos son muy factibles para el diseño de dispositivos espintrónicos basados en skyrmiones magnéticos, como puertas lógicas, transistores, memoria de carreras complementaria, etc.", dice el profesor Hongxin Yang. Con el aumento de materiales multiferroicos quirales y la aparición del mecanismo de conmutación de quiralidad DMI, se espera que las puertas lógicas basadas en skyrmions magnéticos se simplifiquen a una sola nanopista y logren la reconstrucción completa de las puertas lógicas booleanas.
El Dr. Dongxing Yu, el Prof. Hongxin Yang, el Prof. Mairbek Chshiev, junto con el Prof. Albert Fert, premio Nobel de física, exploraron la conexión entre la reconstrucción de las puertas lógicas y la dinámica de los skyrmions magnéticos. Mediante el control local de la quiralidad DMI, el equipo reconstruyó las barreras de energía no volátil para cambiar varios fenómenos dinámicos de skyrmion magnético, lo que permitió la implementación y reconfiguración de funciones lógicas que incluyen AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR y XNOR.
Operaciones XOR/OR/NAND del nanotrack reconfigurable girando el interruptor (a) a inactivo, (b) a 1 y (c) a 2, respectivamente. Las funciones XNOR/NOR/AND se pueden convertir a partir de las puertas lógicas anteriores cambiando la magnetización de la capa fija en la unión del túnel magnético (salida-MTJ) y solo la mitad de la puerta NAND se puede usar para realizar la puerta NOT. Crédito:Science China Press
"Cualquiera de estas dos funciones u operaciones se puede transformar fácilmente de una a otra al cambiar la quiralidad del DMI usando el control de voltaje en una sola nanopista, y los skyrmions se pueden reciclar después de cada operación", dice Dongxing Yu. Basándose en la función de fijación y desconexión de las barreras de energía no volátil, el equipo también simuló los estados "encendido" y "apagado" de un transistor skyrmion y el reinicio de bit skyrmion. "Esta será una exploración beneficiosa de la construcción de dispositivos espintrónicos mediante la manipulación de estructuras magnéticas topológicamente no triviales como los skyrmions magnéticos", dice Hongxin Yang.
En comparación con otras puertas lógicas reconfigurables que requieren una combinación de tiras múltiples o una cascada de funciones simples para realizar dos o más operaciones lógicas, este estudio realizó la implementación y reconfiguración de siete tipos de funciones lógicas en una sola nanopista a través de simulaciones micromagnéticas, simplificando aún más el diseño de dispositivos lógicos basados en espín y la promoción de la aplicación potencial de puertas lógicas basadas en skyrmions magnéticos en el campo del procesamiento de información.
La investigación fue publicada en National Science Review . Manipulación determinísticamente integrada de skyrmions magnéticos lograda en un dispositivo nanoestructurado
