Memory, Logic Computing, and Neural Networks Based on Topological Spin Textures

基于拓扑自旋纹理的内存、逻辑计算和神经网络

基本信息

批准号：
20F20363
负责人：
劉小晰
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、ナノスケールのトポロジカルスピンテクスチャに着目し、トポロジカルスピン構造の超低消費電力な駆動手法並びにその室温、ゼロ磁界での安定性、電流、電圧駆動特性を明らかにして、高密度・高速なメモリー、論理素子への応用ための基盤構築である。代表出来なトポロジカルスピンテクスチャは磁気スキルミオンである。2022年度では、磁気スキルミオンをメモリー・論理素子への応用の目的として、磁性多層膜の局所領域の磁気異方性の制御によって、磁気スキルミオン障壁の形成が成功した。この磁気スキルミオン障壁の特徴として、磁気スキルミオンが近付けると反発力を受ける。そのため、磁気スキルミオンが回路の側から保護され、事前に設計した回路内に安定に移動することができる。この結果はNano Letters 21 (10), 4320-4326(2021)に掲載された。オートマトンは、入力と状態遷移制御が与えられた場合にその動作をトレースできる人工知能の基礎である。ここでは、磁気スキルミオンを画素のように制御する方法を提案し、その動作制御による状態遷移をシミュレーションで確認した。すなわち、磁気スキルミオン・オートマトンの可能性を確認でき、トポロジカルスピンテクスチャのAIへの応用を広げた。この結果はCommunications Physics 4 (1), 1-9 (2021)に掲載された。本年度では、本研究の関連成果をNano letters, Communications Physics,　Physical Review B, Applied Physics Lettersなど学術論文誌に論文９本が掲載された。

本研究重点关注纳米级拓扑自旋结构，阐明了拓扑自旋结构的超低功耗驱动方法、其在室温和零磁场下的稳定性以及电流和电压驱动特性。内存和逻辑元件应用的基础。典型的拓扑自旋结构是磁性斯格明子。 2022年，我们通过控制磁性多层薄膜局部区域的磁各向异性，成功形成磁性斯格明子势垒，旨在将磁性斯格明子应用于存储和逻辑器件。这种磁性斯格明子势垒的一个特征是，当磁性斯格明子接近它时，它会受到排斥力。因此，磁性斯格明子受到电路侧的保护，并且可以稳定地移动到预先设计的电路中。该结果发表在 Nano Letters 21 (10), 4320-4326 (2021) 上。自动机是人工智能的基础，在给定输入和状态转换控制的情况下，可以追踪其行为。在这里，我们提出了一种控制像素等磁性斯格明子的方法，并通过模拟控制它们的运动来确认状态转换。换句话说，我们证实了磁性斯格明子自动机的可能性，并将拓扑自旋纹理的应用扩展到人工智能。该成果发表在 Communications Chemistry 4 (1), 1-9 (2021) 上。今年，与这项研究相关的9篇论文发表在Nano Letters、CommunicationsPhysics、Physical Review B、Applied Chemistry Letters等学术期刊上。

项目成果

期刊论文数量（23）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Skyrmion Dynamics in the Presence of Deformation

DOI：
10.1103/physrevapplied.17.l011002
发表时间：
2021-12
期刊：
Physical Review Applied
影响因子：
4.6
作者：
Zehan Chen;Xichao Zhang;Yan Zhou;Qiming Shao
通讯作者：
Zehan Chen;Xichao Zhang;Yan Zhou;Qiming Shao

A frustrated bimeronium: Static structure and dynamics

受挫的双梅隆：静态结构和动力学

DOI：
10.1063/5.0034396
发表时间：
2020-10
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Xichao Zhang;Jing Xia;Motohiko Ezawa;Oleg A. Tretiakov;Hung T. Diep;Guoping Zhao;Xiaoxi Liu;Yan Zhou
通讯作者：
Yan Zhou

Frustrated Magnetic Skyrmions and Bimerons

受挫的磁性斯格明子和双美子