p>Не секрет, что современные техпроцессы приближаются к пределу своих возможностей. Исследователи всего мира ищут выход за эти границы. Перспективной представляется спинтроника — использование спина электрона в качестве носителя информации и, что более важно, в качестве элемента переключения в логике. Память на спиновом токе уже реализована — это магниторезистивная RAM. С логикой сложнее, но последние разработки imec и Intel внушают оптимизм.

Исследователи из imec и Intel во главе с Элин Рэйменантс (Eline Raymenants) создали устройство спинтронной логики, которым можно полностью управлять с помощью электрического тока, а не магнитными полями. Команда Intel и imec представила свою работу на недавнем мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM).

Подчеркнём, речь идёт об управлении именно электрическим током, а не магнитным полем, что уже реализовано в памяти MRAM и в других проектах спинтронной памяти, например, в трековой памяти IBM, ячейках магнитной памяти российской разработки и в других подобных исследованиях. Управление током позволяет создать более компактное и быстрое переключающее устройство. К тому же логика на токовой спинтронике может быть легко сопряжена с современной КМОП-логикой, что позволит создавать гибридные схемы.

Новая разработка imec и Intel напоминает реализацию трековой памяти IBM, о которой мы вспоминали выше. По нанопроволоке запускается спин-поляризованный ток в виде последовательностей магнитных доменов, разделённых доменными стенами. Магнитные домены в такой проволоке следуют строго друг за другом, а информация передаётся в виде ориентации магнитного поля. Магнитное поле отдельного домена, в свою очередь, создаётся согласованной ориентацией спинов электронов. Ориентация спинов вверх, скажем, представлена 0, а вниз — 1. Доменные стены в такой схеме — это переход между одним направлением намагниченности и соседним. Именно они служат главным управляющим элементом для переключателей.

Секрет разработки imec и Intel в новом материале для магнитных туннельных переходов (MTJ). По словам учёных, новый материал оптимизирован для более быстрого перемещения доменных стен. Переходы считывают информацию с дорожки — последовательности магнитных доменов и доменных стен — и действуют как логические входы. На IEDM исследователи представили доказательство концепции: из нескольких магнитных туннельных переходов создали работающий логический элемент И.

В том же переходе MTJ записывается информация на дорожку. Для этого в устройстве Intel и imec используется та же технология, что и сегодня в MRAM. Устройство пропускает спин-поляризованный ток, большинство электронов которого имеют спины ориентированные в одном направлении, через магнитный домен в переходе. Этот ток может изменить направление магнитного поля, что в процессе создаёт или редактирует доменные стенки — кодирует последовательность в 0 или 1.

Исследователи говорят, что их следующим шагом будет демонстрация устройства в действии. Они разработали мажоритарный элемент (переключатель по большинству), который дает положительный результат, если большинство его входных данных являются положительными. Но учёным еще предстоит по-настоящему изучить этот дизайн. Только тогда исследователи узнают, как их спинтронная логика будет противостоять наработкам КМОП.