Gebalanceerde nanomagnetische logische circuits

Groep: DyNaMat

Promotoren en begeleider: Bartel Van Waeyenberge, Jonathan Leliaert en Pieter Gypens

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Probleemstelling

Fysische fenomenen kunnen gebruikt worden om op een efficiënte manier sommige problemen op te lossen die met klassieke computers zeer moeilijk op te lossen zijn. Een bekend voorbeeld is het ontbinden van een getal in zijn priemfactoren. Een voorbeeld van een fysisch systeem dat zo’n problemen  kan oplossen is nanomagnetische logica, waarbij de informatie vervat zit in de magnetisatie van kleine magnetische eilandjes. Het voordeel van het gebruik van een magnetisch systeem ten opzichte van andere, bv. elektrische systemen, is dat informatie via de magnetostatische lange-dracht interactie kan propageren doorheen heel het systeem. Een computationeel probleem (bijvoorbeeld een logische AND operatie) kan op die manier vertaald worden naar een specifieke configuratie van  magnetische eilandjes. De oplossing van dit probleem wordt dan gegeven door evenwichtstoestand van het fysisch systeem.

Echter, zelfs wanneer individuele logische poorten correct werken, is het mogelijk dat circuits bestaande uit zulke poorten niet naar de juiste oplossing convergeren. Om dit te vermijden moeten “gebalanceerde” poorten gebruikt worden waarbij alle input-output combinaties dezelfde (grondtoestand) energie hebben. In onze groep werd de eerste gebalanceerde nanomagnetsiche logische NAND poort ontwikkeld (zie figuur). Het nadeel van dit design is dat bij deze poort de magnetisatie wijst in het vlak ligt van de dunne film waarop de eilandjes liggen, waardoor dit design zeer moeilijk is om experimenteel uit te lezen.

dynamat2

Doelstelling

In deze thesis zul je aan de hand van micromagnetische simulaties een nieuw design voor een gebalanceerde logische poort ontwikkelen, waarin de magnetisatie wijst in een richting loodrecht op het vlak van de dunne film waarop de eilandjes liggen. Zo’n configuratie kan wel eenvoudig experimenteel uitgelezen worden, waardoor we een stap dichter komen bij de realisatie van het enorme potentieel van nanomagnetische logica. Bij dit onderzoek naar magnetisatiedynamica op de nanoschaal zul je het softwarepakket MuMax3 gebruiken, dat geoptimaliseerd is om simulaties op grafische kaarten te laten lopen.

In een tweede stap zul je de ontwikkelde poorten combineren tot een logisch circuit om een moeilijk probleem, zoals een ontbinding in priemfactoren, “in hardware” op te lossen. Deze aanpak heeft het voordeel dat ze niet afhangt van software-algoritmes waarvan gekend is dat ze zeer inefficiënt worden naarmate het te ontbinden getal groter wordt, maar dat de berekening uitgevoerd wordt door een relaxatie naar de grondtoestand van het systeem.