سه شنبه, ۱۱ بهمن ۱۳۸۴

پردازش داده‌ها توسط نانومغناطیس‌‌ها

ماشین‌های سلولی تشکیل شده از نقاط کوانتومی (QCA)، که به طریق الکترونیکی کنترل می‌شوند، می‌توانند داده‌ها را ذخیره نموده و بر روی آنها عملیات منطقی انجام دهند. اما این کار تنها در دماهای پایین امکان‌پذیر است. در مقابل، QCAهای مغناطیسی می‌توانند در دمای عادی فعالیت کنند، اما تاکنون فقط توانسته‌اند داده‌ها را در خود ذخیره نمایند. محققان دانشگاه Notre Dame در ایالات متحده و دانشگاه مونیخ در آلمان برای اولین بار توانسته‌اند یک ابزار منطقی مبتنی بر QCA بسازند.
Wolfgang Porod از دانشگاه Notre Dame بیان داشت: «انجام عملیات منطقی در یک سیستم مغناطیسی، راه را برای تمام سیستم‌های مغناطیسی پردازش داده، از جمله حافظه‌ها و ابزارهای پردازش منطقی باز می‌کند».
Porod، Alexandra Imre، و همکارانش با استفاده از لیتوگرافی اشعه الکترونی، نانومغناطیس‌هایی از جنس آلیاژی از آهن و نیکل تولید نمودند که ۱۳۵ نانومتر طول، ۷۰ نانومتر عرض، و ۳۰ نانومتر ضخامت داشتند. این نانومغناطیس‌ها دارای محدوده‌های مغناطیسی جدا از هم بوده و شکل طولی آنها نشان می‌دهد که دارای دو حالت پایدار می‌باشند (بدون وجود میدان مغناطیسی خارجی، جهت‌گیری مغناطیسی آنها در راستای محور طولی قرار دارد).
این تیم تحقیقاتی، چهار نانومغناطیس را به صورت متقاطع کنار هم قرار دادند، به نحوی که یکی از آنها در مرکز قرار داشته و چهار تای دیگر آن را احاطه می‌کنند. در این حالت، نانومغناطیس‌ها دو خط متقاطع را تشکیل می‌دهند که هر کدام از سه نانومغناطیس تشکیل شده است. میدان مغناطیسی نانومغناطیس‌های قرار گرفته در خط عمودی در امتداد هم بوده و در نتیجه هم جهت می‌باشند. اما میدان مغناطیسی نانومغناطیس‌های قرار گرفته در خط افقی موازی هم بوده و در نتیجه حالت زوج شدن آنتی‌فرومغناطیس ایجاد می‌شود که در این حالت، جهت میدان‌های مغناطیسی آنها به صورت یک درمیان برعکس هم می‌باشد.
Porod می‌گوید: «ما مشتاق بودیم بدانیم که قدرت برهمکنش مغناطیسی مابین نانومغناطیس‌هایی با طول ده‌ها تا صدها نانومتر، که می‌توانند به راحتی تولید شوند، چقدر است. مزیت QCAهای مغناطیسی، کار کردن در دمای معمولی است. همچنین این فناوری پیشرفت‌های ایجاد شده در صنعت ذخیره‌سازی داد‌ها را برای الگو دادن به محیط‌های مغناطیسی به کار می‌گیرد».
از چهار نانومغناطیس قرار گرفته در اطراف نانومغناطیس مرکزی، سه تای آنها مجاور نانومغناطیس‌های محرک قرار گرفته و توانستند به عنوان ورودی عمل نمایند. محور نانومغناطیس‌های محرک نسبت به نانومغناطیس‌های دیگر عمود می‌باشد. چهارمین نانومغناطیس می‌تواند به عنوان خروجی مورد استفاده قرار بگیرد. حرکت دادن و یا تغییر دادن جهت دوقطبی نانومغناطیس‌های محرک، موجب تغییر دوقطبی مغناطیس‌های ورودی و درنتیجه، تغییر خروجی ابزار گردید.
از آنجایی که قدرت زوج شدن فرومغناطیسی و آنتی‌فرومغناطیسی یکسان می‌باشد، مغناطیس مرکزی در حالتی قرار می‌گیرد که بیشترین تعداد ورودی‌ها اعمال می‌نمایند. مغناطیس خروجی نیز حالت عکس مغناطیس مرکزی را به خود می‌گیرد. نتیجۀ حاصل، یک ابزار منطقی دارای سه ورودی است که حالت غالب ورودی‌ها را برعکس می‌کند. محققان همچنیثن می‌توانند با ثابت نمودن یکی از ورودی‌ها، این ابزار را به یک گیت قابل برنامه‌ریزی NAND یا NOR دارای دو ورودی تبدیل نمایند. این امر به معنای آن است که یک شبکه از گیت‌های اکثریت، می‌تواند هر عملیات منطقی را به انجام برساند.
Porod می‌گوید: «از جمله کاربردهای بالقوه این ابزار، سیستم‌های منطقی مغناطیسی می‌باشند که فرار نیستند. همچنین از مزایای دیگر QCA ( هم مغناطیسی و هم الکترونیکی) مصرف انرژی پایین می‌باشد. کاربرد بالقوه این مزیت در سیستم‌های قابل حمل است که با مصرف انرژی پایین اولویت بالایی دارد».
Porod و همکارانش می‌خواهند ساختارهای بزرگ‌تری از آنچه تاکنون ساخته‌اند، تولید نمایند. او می‌افزاید: «همچنین ما می‌خواهیم روش‌هایی الکتریکی برای ورود داده‌ها و خواندن خروجی‌ها پیدا نماییم. تاکنون ورودی‌ها از طریق یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده‌اند».
این محققان نتایج کار خود را در مجله Science منتشر نموده‌اند.