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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20363/
• 关键词: スピントロニクス; トポロジカルスピンテクスチャ; ニューラルコンピューティング; Skyrmion; Bimeron; Skyrmion Tube; Skyrmion String; Bimeron String; Spintronics; Logic Gate; ナンコリニア磁性; スピントロニクス; トポロジカルスピンテクスチャ; ニューラルコンピューティング; Skyrmion; Bimeron; Skyrmion Tube; Skyrmion String; Bimeron String; Spintronics; Logic Gate; ナンコリニア磁性

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。

这项研究的重点是纳米级拓扑旋转纹理，并阐明了拓扑自旋结构的超低功率驱动方法及其在室温和零磁场处的稳定性，当前和电压驱动特性，并为高密度，高速记忆和逻辑元素奠定了基础。代表性的拓扑自旋纹理是磁性的。在2022年，通过控制磁性多层膜的局部区域的磁各向异性成功形成了磁性的磁性屏障，目的是将磁性Silmion应用于记忆和逻辑元素。这种磁性的silmion屏障的特征是，当磁性硅胶接近时，接收了排斥力。因此，磁性硅片受到电路侧的保护，并且可以稳定地在已预先设计的电路中移动。结果发表在Nano Letters 21（10），4320-4326（2021）中。自动机是人工智能的基础，可以在给定输入和状态过渡控制下追踪其动作。在这里，提出了一种控制磁性硅晶体像素的方法，并通过模拟确认了由操作控制引起的状态过渡。换句话说，已经确认了磁性Silmion Automata的可能性，并扩展了拓扑自旋纹理的应用。结果发表在通信物理学4（1），1-9（2021）中。在今年，已经发表了九篇论文，包括Nano Letters，Communications Physics，Physphys Review B和Applied Physics Letters，其中包括本研究的结果。