21、磁振子逻辑器件：原理、实验与挑战

磁振子逻辑器件：原理、实验与挑战

1. 磁振子逻辑器件的基本编码方法

磁振子逻辑器件有三种基本的信息编码方法，分别是将逻辑 0 和 1 分配给自旋波信号的振幅、相位或频率。这种编码方法至关重要，因为它进一步定义了基本逻辑门的工作原理、设计以及架构解决方案的计算能力。具体编码方法如下表所示：
| 编码方法 | 逻辑 0 对应 | 逻辑 1 对应 |
| — | — | — |
| 振幅编码 | 特定的自旋波振幅 A = 0 | 特定的自旋波振幅 A > 0 |
| 相位编码 | 自旋波相位 0 | 自旋波相位 π |
| 频率编码 | 特定频率 f1 | 特定频率 f2 |

1.1 基于振幅的磁振子逻辑器件

基于振幅的磁振子逻辑器件中，逻辑 0 和 1 对应两种自旋波振幅。其基本元件是带有垂直载流导线的微型马赫 - 曾德尔干涉仪，干涉仪面积可小至 300 nm × 300 nm。当施加零电流时，两分支中的自旋波相长干涉并传播通过；当施加特定电流 Iπ 时，自旋波相消干涉，无法通过结构。通过集成马赫 - 曾德尔干涉仪，可以构建完整的逻辑门集（如 NOT、NOR、NAND）。

该方法的优点是能受益于成熟的布尔型逻辑门构建方法，但无法提供比现有基于 CMOS 的逻辑电路更具根本性优势的替代方案。其工作流程如下：
1. 输入电流或电压信号用于激发自旋波，自旋波相位携带信息。
2. 自旋波传播到干涉区域。
3. 相长或相消干涉确定输出波振幅。
4. 输出波振幅转换为电子信号。

1.2 基于相位的磁振子逻辑器件

在基于相位的方法中，