基于Magnon的计算可能预示着计算范式的转变
与电子或光子学一样，磁子学是一个工程子领域，旨在在速度、设备架构和能源消耗方面推进信息技术。磁振子对应于通过称为自旋波的集体激发来改变材料磁化强度所需的特定能量。
因为它们与磁场相互作用，所以磁振子可用于在没有电子流的情况下编码和传输数据，这涉及通过所用导体的加热(称为焦耳热)引起的能量损失。正如工程学院纳米磁性材料和磁学实验室 ( LMGN ) 负责人 Dirk Grundler 所解释的那样，随着数据速度和存储需求的飙升，能量损失成为电子产品日益严重的障碍。
“随着人工智能的出现，计算技术的使用大幅增加，以至于能源消耗威胁到它的发展，”格伦德勒说。“一个主要问题是传统的计算架构，它将处理器和内存分开。在不同组件之间移动数据所涉及的信号转换会减慢计算速度并浪费能源。”
这种低效率被称为内存墙或冯诺依曼瓶颈，研究人员一直在寻找能够更好地支持大数据需求的新计算架构。而现在，Grundler 相信他的实验室可能偶然发现了这样一个“圣杯”。
在对表面带有纳米磁条的亚铁磁绝缘体钇铁石榴石 (YIG) 商业晶片进行其他实验时，LMGN 博士生 Korbinian Baumgaertl 受到启发，开发了精确设计的 YIG 纳米磁体设备。在微纳米技术中心的支持下，Baumgaertl 能够使用射频信号以特定的千兆赫频率在 YIG 中激发自旋波，并且——至关重要的是——逆转表面纳米磁体的磁化。
“这些纳米磁铁的两个可能方向代表磁状态 0 和 1，这允许对数字信息进行编码和存储，”Grundler 解释说。
内存计算的途径
科学家们使用传统的矢量网络分析仪做出了他们的发现，该分析仪通过 YIG 纳米磁体设备发送自旋波。纳米磁体反转仅在自旋波达到一定幅度时发生，然后可用于写入和读取数据。
Grundler 解释说：“我们现在可以证明，我们用于数据处理的相同波可用于切换磁性纳米结构，因此我们在同一系统中也有非易失性磁性存储。”他补充说，“非易失性”是指稳定的存储在没有额外能源消耗的情况下长时间收集数据。
正是这种在同一个地方处理和存储数据的能力使该技术有可能通过结束处理器和内存存储的低能效分离并实现所谓的内存中来改变当前的计算架构范例计算。
即将进行的优化
Baumgaertl 和 Grundler在Nature Communications杂志上发表了突破性的结果，LMGN 团队已经在着手优化他们的方法。
Grundler 说：“既然我们已经证明自旋波通过将纳米磁体从状态 0 切换到 1 来写入数据，我们需要研究一个过程将它们再次切换回来——这被称为切换切换。”
他还指出，从理论上讲，magnonics 方法可以处理电磁频谱太赫兹范围内的数据(相比之下，目前的计算机在较慢的千兆赫兹范围内运行)。然而，他们仍然需要通过实验证明这一点。
“这项技术对于更可持续的计算的前景是巨大的。通过本出版物，我们希望加强人们对基于波的计算的兴趣，并吸引更多年轻的研究人员进入不断发展的磁子学领域。”
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