納米級多孔金屬網路：助力構建更高速的晶元

導讀

計算機運算除了傳統方式外，現在又增添了一種新的可能性：德國科學家最近研發了一種金屬鈷網路，能夠在室溫條件下被可信賴地編程。

簡介

這項研究由德國亥姆霍茲聯合會（HZDR）的科學家開展。他們發現對於每個孔來說，可配置三種磁狀態。這項研究成果已發表於《科學報告》雜誌上。

（圖片來源於：HZDR）

HZDR 科學家 Rantej Bali 博士，和來自新加坡和澳大利亞的科學家們，共同設計了這種特殊的網路結構：一薄層鈷的形式，然後對它的磁狀態進行編程。

來自新加坡國立大學的研究人員使用了一種類似於目前晶元製造中使用的光刻工藝，來生產這種網路。

這些孔大小差不多250納米，以規定間隔的形式組織，中間的空隙差不多150納米，形成一層鈷的薄層。為了能夠穩定編程，新加坡專家學習了德累斯頓的設計，指定了金屬層厚度為差不多50納米。

（圖片來源於：HZDR）

這種鈷孔網路在這些維度上顯示出一些有趣的屬性：Bali 博士的團隊發現了一種可外部應用的磁場，在每個孔附近可以配置三種磁性狀態，科學家們稱為狀態「G」、「C」、「Q」。

Bali 博士稱：

「這些孔現在是國際研究熱點，通過優化這些孔的幾何狀態，我們展示出電子的自旋和磁性狀態，可在孔附近進行可信賴的編程。」

構建更快速的邏輯晶元

因為可編程的單個孔位於磁性金屬層中，所以這種網狀幾何結構可以應用於計算機領域，它利用自旋波取代電流。Bali 博士解釋道：

「自旋波和足球場上時常看到的人浪十分相似。這種波像人浪那樣沿著場傳播，但是每個球迷（電子），都仍然在自己的位置上。」

這種邏輯晶元利用了自旋波，功耗比當今處理器更低，因為其中沒有電流。

（圖片來源於：HZDR）

許多磁狀態都可以通過多孔網路實現，這樣例如，自旋波可以被指定特殊的方向。未來，它可以帶來更高速的邏輯晶元。

Bali 博士的博士研究生 Tobias Schneider , 目前正在研究在這種多孔網路中的自旋波動力學。他也參與了其他方面的工作，比如開發特殊的計算機程序，以計算多孔網路中的磁性狀態。他說：

「未來，我們的多孔網路可作為工作在自旋波下的一種電路組件。」

參考資料

【1】http://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=99&pOid=49285

【2】Tobias Schneider, Manuel Langer, Julia Alekhina, Ewa Kowalska, Antje Oelschl?gel, Anna Semisalova, Andreas Neudert, Kilian Lenz, Kay Potzger, Mikhail P. Kostylev, Jürgen Fassbender, Adekunle O. Adeyeye, Jürgen Lindner, Rantej Bali.Programmability of Co-antidot lattices of optimized geometry. Scientific Reports, 2017; 7: 41157 DOI: 10.1038/srep41157