Nature Nanotechnol：人工自旋冰晶格构建量子器件

纳米技术

2022-05-16

通过构建具有强相互作用的人工自旋体系，能够超过模仿天然材料，因此得以成功构建可操作的磁电子学、神经形态计算等应用功能的多功能平台。通常构建的人工自旋系统通常是单一磁化结构形成的纳米磁体：共线性自旋、手性旋涡。

近日，帝国理工学院Jack C. Gartside等报道，通过调节纳米阵列结构能够得到自旋-旋涡双重稳定结构，因此形成四态超材料自旋体系“人工自旋-旋涡冰”（ASVI, artificial spin-vortex ice）。ASVI体系具有较强的冰类似相互作用产生的伊辛型自旋结构，同时具有低杂散偶极场的弱耦合相互作用产生的旋涡结构。苏黎世联邦理工学院Laura J. Heyderman对该研究进行总结和评论。

本文要点：

(1)

旋涡和宏观自旋表现了完全不同的自旋波谱，能够进行模式振幅控制、模式频移动（Δf=3.8 GHz）操作，这种双模式微态模式能够实现新型物理忆阻作用，通过整体的磁场循环实现棘轮状旋涡注入、非线性衰落的自旋存储。

(2)

通过自旋波微状态指纹进行快速和大规模的读取涡旋和宏观自旋分布，并且利用这种自旋分布进行自旋波的存储和计算。ASVI能够对大量不同输入输出信号实现非线性的变换，实现混沌时间序列的预测。

参考文献

Heyderman, L.J. Spin ice devices from nanomagnets. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01088-2

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01088-2

Gartside, J.C., Stenning, K.D., Vanstone, A. et al. Reconfigurable training and reservoir computing in an artificial spin-vortex ice via spin-wave fingerprinting. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01091-7

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01091-7