Magnony představují vlny, které cestou překlápějí spiny elektronů. Předpokládá se, že tento princip by se už v brzké budoucnosti mohl uplatnit při ukládání dat, ale i v dalších aplikacích. Magnony nabízejí proti elektronům menší spotřebu energie, někdy se uvádí (zjednodušeně), že je dáno tím, že přenášejí pouze spinovou vlnu, tedy informaci, nikoliv hmotu jako takovou.
Problém je ovšem s návrhem magnonických součástek. Je velice pracné vyrobit zařízení potřebné funkcionality. Qi Wang a Andrii Chumak z University of Vienna a Philipp Pirro z TU Kaiserslautern nyní přišli s návrhem počítačově generovaného, inverzního designu. Jako vstup použijeme potřebnou funkci, konkrétní design by měl už vytvořit software. Systém by navíc měl umožňovat i komplikovanější návrhy, když např. ke známému zařízení s určitou funkcí potřebujeme další funkcionalitu přidat nebo součástku jinak upravit.
Studie publikovaná v Nature Communications vše demonstruje na principu systému, kdy vstup magnonových vln do systému v portu 1 vyvolá výstup v portu 2, z 2 ve 3 a ze 3 opět v 1. Program sám navrhne podobu magnonického zařízení pro toto nebo obdobné logické uspořádání. Návrh využívá i evoluční přístup, kdy se vytvářejí i částečně náhodné struktury a zařízení poté optimalizuje metodou pokusů a omylů. Tento přístup podle autorů výzkumu otevírá dveře k magnonovým integrovaným obvodům s vysokou úrovní složitosti. Inverzní design je samozřejmě rychlejší, protože fyzicky se testuje až finální podoba, nikoliv meziprodukty krok za krokem. Otázkou zůstává jen to, jak spolehlivě dokáže program vyhodnotit skutečnou funkcionalitu hypotetického zařízení…
Uvádí se, že systémy z magnonů by se mohly uplatnit i v případech, kde chceme, např. v aplikacích umělé inteligence, rovnou fyzicky realizovat součástky chovající se jako neurony. Vědci takto nově dále navrhli také multiplexer, který rozdělí magnonových vlnu podle frekvence do více kanálů. Opět se přitom vycházelo z již známých technologií pro práci s optickým signálem, z fotoniky je pak odvozena i poslední popsaná aplikace, nelineární přepínač, který na jeden výstup posílá magnonové vlny s vysokou energií, na druhý s nízkou.
Qi Wang et al. Inverse-design magnonic devices, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-22897-4
Zdroj: University of Vienna / TechExplore.com