L’ordinateur conçoit des dispositifs magnoniques

L'ordinateur conçoit des dispositifs magnoniques

L’esquisse de la magnonique à conception inverse. Crédit: Chloe Kim, Time Illustration Studio

Les dispositifs magnétiques ont le potentiel de révolutionner l’industrie électronique. Qi Wang, Andrii Chumak de l’Université de Vienne et Philipp Pirro de la TU Kaiserslautern ont largement accéléré la conception de dispositifs magnoniques plus polyvalents via un algorithme de calcul basé sur le feedback. Leur «conception inverse» des dispositifs magnoniques a maintenant été publiée dans Communications de la nature.

Le domaine de la magnonique offre un nouveau type de traitement de l’information à faible puissance, dans lequel les magnons, les quanta d’ondes de spin, transportent et traitent des données au lieu d’électrons. L’objectif final de ce domaine est de créer des circuits magnétiques, qui seraient plus petits et plus écoénergétiques que les circuits électroniques actuels.

Jusqu’à récemment, le développement d’un dispositif magnonique fonctionnel pouvait prendre des années d’essais et d’erreurs. Des chercheurs de l’Université de Vienne et de la TU Kaiserslautern ont développé une nouvelle méthode de calcul pour concevoir de nouveaux appareils dans un temps considérablement plus court. De plus, l’efficacité ajoutée grâce à cette nouvelle méthode de conception inverse permet de surmonter un problème traditionnel avec de tels dispositifs: ils ne convenaient que pour une seule fonction. Désormais, grâce au nouveau concept proposé, un dispositif primaire pourrait, en principe, être facilement modifié pour remplir n’importe quelle fonction.

Qi Wang, le premier auteur de l’étude publiée dans Communications de la nature, a suggéré d’adopter une méthode photonique pour le domaine de la magnonique. Trois principes de base aident à expliquer le processus, comme le montre la figure. Tout d’abord, les chercheurs décident des fonctionnalités du dispositif qu’ils souhaitent concevoir, par exemple un circulateur en Y, l’un des composants les plus courants pour séparer les directions des signaux dans l’ingénierie des systèmes. Cet appareil guide les ondes de spin d’un port vers un autre port en fonction des conditions de circulation: l’onde du port 1 doit aller dans le port 2, l’onde du port 2 vers le port 3 et du port 3 vers le port 1. Deuxièmement, cette «tâche» est traduite dans un langage informatique. Enfin, l’ordinateur génère des structures aléatoires et les optimise pas à pas pour atteindre la fonctionnalité requise. Ce processus d’essais et d’erreurs est réalisé à une vitesse très élevée et atteint la meilleure solution grâce à un algorithme intelligent. Le résultat final est une conception d’un appareil de travail avec les fonctionnalités envisagées par les chercheurs. Ceci, comme le dit Wang de l’Université de Vienne: « […] ouvre la porte à des circuits intégrés magnétiques à grande échelle, avec toutes les fonctionnalités et un haut niveau de complexité. « 

L’approche proposée surmonte l’obstacle de la conception par l’expérimentation et, au contraire, met l’accent sur l’importance de l’imagination des chercheurs, qui fixent les paramètres et les objectifs des dispositifs conçus par ordinateur. Un exemple de ce processus créatif vient de Philipp Pirro, scientifique à la TU Kaiserslautern: « Avec la conception inverse, on pourrait développer des neurones comme ceux du cerveau, mais plutôt constitués d’éléments magnoniques. »

L’engouement pour les possibilités de cette approche vient de sa capacité à créer différentes fonctionnalités. Dans leur article, les scientifiques décrivent comment ils ont créé un ensemble de différents appareils. Ainsi, en plus du circulateur Y mentionné, ils ont réalisé un « multiplexeur » qui sépare une onde avec une fréquence spécifique dans un canal et une onde d’une autre fréquence dans un autre canal. Ce type d’appareils est utilisé dans notre vie de tous les jours pour obtenir une connexion Internet rapide. Le dernier dispositif démontré est un «interrupteur non linéaire» qui sépare les ondes de spin d’énergies différentes: il envoie une onde de faible puissance à une sortie et une onde de forte puissance à une autre. Cependant, Andrii Chumak, chef du groupe de recherche à l’Université de Vienne, déclare: « Notre étude ouvre le nouveau domaine de la magnonique de conception inversée avec de grandes perspectives. Cette approche, pour l’instant, n’a été démontrée que numériquement. Le prochain grand défi est pour le mettre en œuvre dans des expériences. « 

Réfléchissant au potentiel de leurs découvertes, Qi Wang plaisante: « Si j’avais eu l’approche de conception inverse au début de mes études, j’aurais terminé mon doctorat beaucoup plus rapidement. »


Un circuit intégré de magnons purs


Plus d’information:
Qi Wang et al. Inverse-design magnonic devices, Communications de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-22897-4

Fourni par l’Université de Vienne

Citation: Computer conçoit des dispositifs magnoniques (2021, 12 mai) récupéré le 12 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-magnonic-devices.html

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