磁気電気スピン軌道

磁気電気スピン軌道（MESO ）は、スケーラブルな集積回路を構築するために設計された技術であり、MOSFETなどのCMOSデバイスとは異なる動作原理で動作します。Intel [ 1 ]が提案し、CMOSデバイスの製造技術および装置と互換性があります。[ 2 ] [ 3 ]

MESOデバイスは、磁気電気効果とスピン軌道結合の結合によって動作します。[ 3 ]具体的には、磁気電気効果は誘導電場によってデバイス内の磁化の変化を引き起こし、その後、スピン軌道結合コンポーネントによって読み取られ、電荷に変換されます。[ 4 ] [ 3 ]このメカニズムは、 CMOSデバイスがソース、ゲート電極、ドレイン電極が連携して論理ゲートを形成する 動作に似ています。

2020年現在、この技術はインテルとカリフォルニア大学バークレー校によって開発中です。[ 5 ] 2020年にnanoGUNEで行われた最初の実験では、スピン軌道相互作用を利用してMESOを実装できることが証明されました。[ 6 ]

パフォーマンス

MESO の導入前に、Intel は、集積回路で使用されるMOSFETなどの CMOS デバイスに存在するスケーリングの課題を回避することを目的とした、CMOS を超えるスケーリングの 17 種類のデバイス アーキテクチャを評価しました。テストでは、一部の CMOS デバイスは、他の回路とのインターフェイスや集積回路のクロック信号の提供、既存の製造装置の再利用にまだ必要なため、これらのアーキテクチャは、CMOS デバイスに使用される製造プロセスと互換性のある製造プロセスで作成されました。トンネルFET、グラフェンpn 接合、ITFET、BisFET、スピン FET、オール スピン ロジック、スピン トルク発振器、ドメイン ウォールロジック、スピン トルク マジョリティ、スピン トルク トライアド、スピン ウェーブ デバイス、ナノ マグネット ロジック、チャージ スピン ロジック、ピエゾ FET、MITFET、FeFET、負性容量 FET がテストされましたが、CMOS と比較してパフォーマンス特性の向上と消費電力の低減の両方を実現するものはないことがわかりました。VentureBeatによると、シミュレーションでは32ビットALUにおいて、MESOデバイスはCMOS HPデバイスよりも高い性能（1 cm 2あたりのTOPSでの処理速度）と低い電力密度の両方を提供することが示されました。CMOS HPデバイスはMESOを除く他のすべてのデバイスの中で最も高い性能を示しました。[ 7 ] [ 2 ]

CMOSと比較すると、MESO回路はスイッチングに必要なエネルギーが少なく、動作電圧が低く、集積密度が高く、不揮発性であるためスタンバイ時の消費電力が非常に低く、また、MESOデバイスのスイッチングに必要なエネルギーは、デバイスが2分の1に小型化するごとに3乗で減少します。[ 3 ]これらの特徴により、MESOは将来の集積回路の論理ゲートや回路の設計においてCMOSデバイスを置き換える魅力的な選択肢となっています。MESOは、CMOSデバイスの性能向上と消費電力の低減に寄与するからです。

ME書き込みプロセスにおいては、必要な材料に関して大きな課題があります。近年、科学界ではナノ構造（薄膜）における磁気電気効果の実現に向けて多大な努力が払われています。主な課題は、強誘電体材料を薄膜に移行するとFE特性が失われ、ナノメートルサイズのシステムにおいてFE-FM（ME）の高効率結合を実現することがさらに困難になることです。

特徴サイズ [nm] [ 3 ]供給電圧 [mV] [ 3 ]スイッチングエネルギー [J] [ 3 ]
CMOS 10100～700300×10 -18
メソ 1010 - 10010x10 −18

参考文献

  1. ^ 「Intelの根本的に新しいMESOアーキテクチャは数年以内に登場する可能性あり」 2019年2月22日。
  2. ^ a b「Intel、CMOSを超えてMESOに注目」 2022年1月14日。
  3. ^ a b c d e f gマニパトルニ、サシカンス;ニコノフ、ドミトリ E.リン・チアチン。ゴサヴィ、タナイ A.劉恵初。プラサド、バグワティ。ファン・イェンリン。ボントゥリム、エバートン。ラメッシュ、ラマモーシー。ヤング、イアン A. (2018)。 「スケーラブルなエネルギー効率の高い磁気電気スピン軌道ロジック」。自然。565 (7737): 35–42 .土井: 10.1038/s41586-018-0770-2。PMID 30510160。S2CID 54444242。  
  4. ^ Lin, Chia-Ching; Gosavi, Tanay; Nikonov, Dmitri E.; Huang, Yen-Lin; Prasad, Bhagwati; Choi, WonYoung; Pham, Van Tuong; Groen, Inge; Chen, Jun-Yang; DC, Mahendra; Liu, Huichu; Oguz, Kaan; Walker, Emily S; Plombon, John; Buford, Benjamin; Naylor, Carl H.; Wang, Jian-Ping; Casanova, Felix; Ramesh, Ramamoorthy; Young, Ian A. (2019). 「エネルギー効率の高いロジックを実装する統合型磁気電気およびスピン軌道ビルディングブロックの実験的デモンストレーション」. 2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) . pp. 37.3.1–37.3.4.土井: 10.1109/IEDM19573.2019.8993620。ISBN 978-1-7281-4032-2. S2CID  211210115 .
  5. ^ 「新しい量子「MESO」アーキテクチャがCMOSを置き換える可能性」 . DesignNews. 2019年1月10日. 2019年7月27日閲覧
  6. ^ファム、ヴァン・トゥオン;グローエン、インゲ。マニパトルニ、サシカント。チェ・ウォニョン;ニコノフ、ドミトリ E.サガスタ、エドゥルネ。リン・チアチン。ゴサヴィ、タナイ A.マーティ、アラン。フエソ、ルイス E.ヤング、イアン A. (2020 年 6 月)。「スケーリングされた強磁性/重金属ナノ構造におけるスピン軌道磁気状態の読み取り」。ネイチャーエレクトロニクス。3 (6 ) : 309–315。arXiv : 2002.10581 。土井：10.1038/s41928-020-0395-y。ISSN 2520-1131。S2CID 211296841。  
  7. ^ 「IntelがCMOSを超えた生命を披露」 2017年4月3日。
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