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Computing with mutually synchronized topological insulator based spin Hall nano-oscillators

Descrizione del progetto

Elaborazione con oscillatori a microonde nanoscopici più efficienti e sincronizzati tra loro

I nano-oscillatori spin hall (SHNO, Spin hall nano-oscillators) e i nano-oscillatori a coppia di spin (STNO) sono dispositivi promettenti per un efficiente calcolo oscillatorio. Infatti, gli scienziati hanno dimostrato il riconoscimento vocale utilizzando il reservoir computing con una rete di quattro STNO a giunzione a tunnel magnetico. Tuttavia, poiché per ogni STNO è necessario un controllo individuale della corrente di pilotaggio e del campo magnetico locale, questo approccio utilizza più potenza, manca di velocità e non è facilmente scalabile su reti di grandi dimensioni. Il progetto SPINHALL, finanziato dall’UE, mira ad affrontare questi problemi e a migliorare le prestazioni e l’applicabilità degli SHNO e delle loro reti. Per fare ciò, impiegherà le ultime scoperte in materia di isolatori topologici e ferromagneti ad alta anisotropia e a bassa magnetizzazione per migliorare la frequenza operativa, il consumo di energia e la sincronizzazione reciproca dell’SHNO. Questo lavoro contribuirà a far progredire le reti di oscillatori su larga scala.

Obiettivo

Spin Hall nano-oscillators (SHNOs) are revolutionary nano-scopic, ultra-tunable, and ultra-rapidly modulated microwave oscillators. They show highly attractive ground-breaking properties and have direct compatibility with industry standard CMOS technology due to its similar structure as present-day magnetic memory cells. While their first target applications are ultra-wide frequency tunable microwave signal generators/detectors for cell phones, wireless networks, vehicle radar, and ultrafast spectral analysis applications, the rapidly improved understanding of their non-linear properties and demonstration of mutual synchronization of large numbers of SHNOs make them promising candidate for large-scale oscillator networks. It has been found very recently that spin torque nano-oscillators (STNOs) and SHNOs are ideal candidates for efficient oscillatory computing and a group of researchers demonstrated speech recognition using reservoir computing with a network of four MTJ-STNOs. However, this approach is neither fast (the vortex STNOs operate in the 100-300 MHz range and STNO-STNO coupling is weak) nor easily scalable to large networks since each STNO requires individual control of both its drive current and local magnetic field, which consumes high power. SPINHALL will use the recent breakthroughs in spin Hall devices, materials, and characterization techniques to improve the performance, and applicability of SHNOs and their networks. The primary goal is to use the latest breakthroughs in topological insulators (such as BiSb and BiSe) with their high spin Hall angle and high spin Hall conductivity and low-magnetization high-anisotropy ferromagnets (such as Heusler alloys Mn3 xGa and Mn3+xGe) to improve the SHNO operating frequency by an order of magnitude, the power consumption by several orders of magnitude, and explore improved mutual synchronization and neuromorphic computing using networks of these SHNOs.

Coordinatore

GOETEBORGS UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 203 852,16
Indirizzo
VASAPARKEN
405 30 Goeteborg
Svezia

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Regione
Södra Sverige Västsverige Västra Götalands län
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 203 852,16