Description du projet
Des réseaux spintroniques pionniers ouvrent une nouvelle ère de découverte
La spintronique, ou électronique de transport de spin, repose sur l’exploitation des spins électroniques et des moments magnétiques des matériaux en plus de la charge électrique conventionnelle. Les dispositifs spintroniques sont des candidats prometteurs pour une nouvelle génération de dispositifs à faible consommation d’énergie, dotés d’une plus grande capacité de mémoire et plus rapides. Parmi eux figurent les nano-oscillateurs à effet Hall de spin (SHNO). Ces oscillateurs spintroniques destinés à la génération de signaux micro-ondes et à l’informatique neuromorphique possèdent des propriétés qui permettent une synchronisation à grande échelle dans des chaînes et des réseaux 2D. Le projet TOPSPIN, financé par l’UE, met au point des SHNO dotés de caractéristiques de performance sans précédent et les combine en chaînes mutuellement synchronisées, en architectures 2D et même 3D. Ces nouveaux systèmes ouvriront les portes à une nouvelle ère d’innovation en matière de spintronique.
Objectif
TOPSPIN will focus on spin Hall nano-oscillators (SHNOs), which are nano-sized, ultra-tunable, and CMOS compatible spin wave based microwave oscillators. TOPSPIN will push the boundaries of SHNO lithography, frequency, speed, and power consumption by combining topological insulators, having record high spin Hall efficiencies, with materials having ultra-high spin wave frequencies. TOPSPIN will reduce the required current densities 1-2 orders of magnitude compared to state-of-the-art, making SHNO operating currents approach 1 uA, and increase the SHNO operating frequencies an order of magnitude to as high as 300 GHz.
TOPSPIN will use mutually synchronized SHNOs to achieve orders of magnitude higher signal coherence and achieve novel functionality such as pattern matching and neuromorphic computing. TOPSPIN will demonstrate mutual synchronization of up to 1,000 SHNOs in chains, and as many as 1,000,000 SHNOs in very large-scale two-dimensional arrays. Using dipolar coupling between SHNOs fabricated on top of each other, three-dimensional mutual synchronization will also be demonstrated. As the signal coherence increases linearly with the number of mutually synchronized SHNOs the oscillator quality factor will improve by many orders of magnitude. TOPSPIN will also develop such arrays using magnetic tunnel junction stacks thus combining ultra-high coherence with the highest possible microwave output power.
TOPSPIN will demonstrate ultrafast pattern matching and neuromorphic computing using its SHNO networks. It will functionalize SHNOs to exhibit ultra-fast individual voltage controlled tuning and non-volatile tuning of both the SHNO frequency and the inter-SHNO coupling.
TOPSPIN will characterize its SHNOs using novel methods and techniques such as multichannel electrical measurements, time- and phase-resolved Brillouin Light Scattering microscopy, time-resolved Scanning Transmission X-ray Microscopy, and ultrafast pump-probe Transmission Electron Microscopy.
Champ scientifique
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-ADG - Advanced GrantInstitution d’accueil
405 30 Goeteborg
Suède