بر طبق یک بررسی جدید انجام شده، میتوان از قطعات مغناطیسی نانومقیاس نیز همانند ترانزیستورهای منطقی پایهدار، که درتراشههای رایانهای به کار میروند، جهت انجام محاسبات ریاضی مشابه استفاده نمود.
آهنرباهای نانومقیاس نویدبخش تراشههای کوچکتر
بر طبق یک بررسی جدید انجام شده، میتوان از قطعات مغناطیسی نانومقیاس نیز همانند ترانزیستورهای منطقی پایهدار، که درتراشههای رایانهای به کار میروند، جهت انجام محاسبات ریاضی مشابه استفاده نمود. بر طبق این تحقیق فناوری نانومغناطیس قابل فشرده شدن (Shrinkable)، که حتی قدرت بیشتری هم دارد، در نهایت جایگزین ترانزیستورهایی میشود که طی یک یا دو دهه آینده به حد نهایی کوچکسازی خود میرسند. به این ترتیب روند ساخت پردازشگرهای سریعتر همچنان ادامه خواهد یافت.
نکته جالب این که حتی پس از ساخت سختافزار میتوان عمل پایه منطقی این قطعات مغناطیسی را تغییر داد. این امر به معنای آن است که این سختافزار قابلیت برنامهریزی مجدد را دارد. به این ترتیب ابزارهایی که از این سختافزارها استفاده میکنند، تنوع فراوانی خواهند یافت. پایههای منطقی (logic gates) یکی از اجزاء اصلی مدارها هستند که در پردازش اطلاعات مورد استفاده قرار میگیرند و چندین ورودی را بسته به نوع و ترکیب سیگنال ورودی به یک سینگال خروجی تبدیل میکنند.
تاکنون RAMهای مغناطیسی تنها جایی بود که قطعات مغناطیسی توانسته بودند جایگزین اجزاء الکترونیکی مدار شود.
MRAMها نرمافزار در حال استفاده یا دادههای ذخیره شده را به طور دائمی در سلولهای مغناطیسی خود نگه میدارند، به طوری که دیگر نیاز به برداشت آنها از دیسک، آن هم با سرعت پایین نخواهد بود و با این کار زمان boot-up بسیار سریعتر خواهد شد.
اما غیر از MRAM هیچ ابزار مغناطیسی دیگری وجود نداشت که بتواند “فکر” کند و یا همانند ترانزیستورهای با پایههای منطقی اطلاعات ورودی را پردازش نماید.
منطق عمومی
اولین بار نوع منطقی این قطعات مغناطیسی پنج سال قبل هنگامی که Russell Cowburn و همکارانش در کالج سلطنتی لندن انگلستان کشف کردند که ردیفهایی از قطعات نانومغناطیسی میتوانند اطلاعات را از خود عبور دهند، پدید آمدند.
میدان مغناطیسی حاصل از هر کدام از این قطعههای مغناطیسی با میدان قطعه مجاور جفت میشود و یک آهنربای دارای قطبهای مخالف را در قطعه مجاور ایجاد میکند و به همین ترتیب آنها دریافتند که اطلاعات را میتوان از زنجیرهای از این نانوآهنرباها عبور داد.
در حال حاضر Alex andre lmre و همکارانش در گروه نانومهندسی دانشگاه Notre Dame هندوستان و آمریکا، کاری که Cowburn انجام داده بود را دنبال کرده و پیش میبرند. آنها با نشان دادن این که میتوان از این نانوآهنرباها برای تولید یک پایه منطقی عمومی استفاده نمود، به طوری که بتوان با آنها هر مدار منطقی مورد نظر را ساخت، گام مهمی برداشتهاند.
NOR, NAND
گروه Imre یک پایه منطقی عمومی ساختند که برگردان کننده اکثریت (majority inverter) نامیده میشود. بر اساس این برگرداننده میتوان هر نوع پایه منطقی مورد نیاز در مدار، از جمله پایههای NAND و NOR و هر ترکیب منطقی ممکن دیگری را ساخت.
از آنجا که این پایهها دارای خواص مغناطیسی هستند، به راحتی میتوان آنها را از حالتی به حالت دیگر تبدیل کرد و با این کار میتوان پردازشگری را که بر اساس نانوآهنرباها ساخته شده، طوری برنامهریزی نمود که به طور همزمان کارهای مختلفی را انجام دهد.
شبیهسازیهای انجام شده بر اساس این نتایج نشان میدهد که در صورت استفاده از آهنرباهایی به پهنای ۱۱۰ نانومتر رسیدن به سرعت پردازش حداقل تا ۱۰۰ MHZ باید امکانپذیر باشد که در صورت کوچکتر شدن اندازه، نتایج به مراتب بهتری هم به دست خواهد آمد. به این ترتیب پردازشگرهای کامپیوتری سرعتی معادل ۲ تا ۳ گیگاهرتز خواهند داشت.
قفس فارادی
در آزمایشهای Notre Dame سیگنالهای ورودی مورد استفاده از قرار دادن آهنرباهای منحرفکنندهای نزدیک آهنربای پایه ورودی ایجاد شده بودند. اما در یک تراشه نانومغناطیسی کاربردی، از جریانهای کوچکی که در شبکهای از نانوسیمها وجود دارد، برای القای میدان مغناطیسی مورد نیاز استفاده میشود.
با این همه هنوز قبل از محقق شدن این فناوری کار زیادی لازم است. یکی از چالشهای فراوان موجود در این راه، محافظت از این آهنرباهای ظریف از گرمای آسیبزننده به آن و میدانهای مغناطیسی خارجی موجود است.
برای رفع این مشکل، Cowburn که با سازندگان MRAM همکاری دارد پیشنهاد استفاده از یک ماده مغناطیسی محافظ مشترک به نام mu-metal روی این تراشهها را مطرح کرده است. این ماده در واقع آلیاژی از نیکل، آهن، مس و مولیبدیم است که میتواند قفس فارادی موثری را در ابزارهای مغناطیسی ایجاد کند.