Imágenes de microscopio de fuerza magnética de las puertas lógicas magnéticas 3D, cada uno contiene tres imanes de entrada y un imán de salida. Los números muestran los estados de magnetización del imán de salida para todas las configuraciones de entrada. Crédito:Eichwald, et al. © 2014 IOP
(Phys.org) —Los circuitos integrados de prácticamente todas las computadoras de hoy se construyen exclusivamente a partir de transistores. Pero como los investigadores intentan constantemente mejorar la densidad de los circuitos en un chip, están buscando formas alternativas de construir circuitos. Un método alternativo utiliza imanes de tamaño nanométrico, en el que los imanes poseen dos estados magnéticos estables que representan los estados lógicos "0" y "1".
Hasta ahora, La lógica nanomagnética (NML) se ha implementado solo en dos dimensiones. Ahora por primera vez un nuevo estudio ha demostrado una puerta lógica magnética programable en 3D, donde los imanes están dispuestos en 3D. En comparación con la puerta 2D, la disposición 3D de los imanes permite un aumento en la interacción de campo entre imanes vecinos y ofrece densidades de integración más altas.
Los investigadores, Irina Eichwald, et al., en la Universidad Técnica de Munich en Munich, Alemania; y la Universidad de Notre Dame en Notre Dame, Indiana, NOSOTROS, han publicado su artículo sobre la puerta lógica magnética 3D en un número reciente de Nanotecnología .
"Demostramos por primera vez que el acoplamiento de campo magnético se puede explotar en las tres dimensiones para realizar circuitos de computación lógica magnética, y por lo tanto allana el camino para las nuevas tecnologías, donde se pueden lograr altas densidades de integración combinadas con un bajo consumo de energía, "Dijo Eichwald Phys.org .
La puerta lógica magnética 3D consta de tres imanes de entrada que influyen en el estado magnético de un imán de salida. Para preparar el imán de salida, los investigadores utilizaron un haz de iones enfocado para irradiar un área de 40 x 40 nm del imán para destruir su estructura cristalina, creando un muro de dominio. Cuando los campos magnéticos de los tres imanes de entrada se colocan dentro de los 100 nm del punto irradiado, se puede controlar el estado magnético de la pared de dominio. Como resultado, el imán de salida se puede cambiar entre los estados "0" y "1".
Imagen SEM de la puerta lógica magnética 3D. El imán de entrada I3 está ubicado en una capa diferente al resto de los imanes, haciendo que la puerta sea tridimensional. Crédito:Eichwald, et al. © 2014 IOP
Una característica importante de la puerta lógica magnética 3D es que uno de los imanes de entrada está dispuesto en una capa adicional en comparación con las puertas lógicas magnéticas 2D. Agregar una tercera dimensión mejora la cantidad de área magnética que rodea el imán de salida en 1/3, y también aumenta la influencia de cada imán de entrada en 1/6. Estos efectos magnéticos más fuertes reducen la tasa de error y mejoran la funcionalidad de la puerta. El imán de entrada en la tercera dimensión también programa la puerta para que funcione como una puerta NOR o NAND.
NML tiene varias ventajas potenciales en comparación con los transistores. Una es que no hay necesidad de cableado eléctrico o interconexiones porque el cálculo se realiza en su totalidad mediante interacciones magnéticas entre imanes vecinos. NML también funciona con bajo consumo de energía, lo que a su vez permite la combinación de funcionalidad lógica y de memoria en un solo dispositivo.
También existe la ventaja de las altas densidades utilizando NML, que es posible en parte debido al pequeño tamaño de las puertas magnéticas 3D (aquí, aproximadamente 700 x 550 nm). Aunque las altas densidades conducen al problema de campos magnéticos extraviados que interfieren con imanes distintos de sus vecinos más cercanos, los investigadores señalan que investigaciones anteriores ya han comenzado a discutir y proponer soluciones a estos problemas. En general, NML podría tener una variedad de aplicaciones.
"El aspecto principal de la lógica nanomagnética 3D es que puedes construir circuitos, en el que una gran cantidad de procesos informáticos se realizan simultáneamente (la palabra clave es arquitectura sistólica), mientras que el consumo de energía se mantiene al mínimo (ya que solo necesita generar un campo magnético global y luego puede sincronizar todo el circuito), ", Dijo Eichwald." Las aplicaciones son filtrado digital, decodificación y criptografía. Aquí todos los procesos informáticos deberían realizarse mediante imanes ".
Los resultados aquí allanan el camino para el desarrollo de otras arquitecturas 3D de circuitos NML en el futuro.
"Los planes de investigación futuros son investigar una estructura de sumador completo en 3D, con el menor número posible de imanes y el menor consumo de área, "Dijo Eichwald.
© 2014 Phys.org
