Spintronics是尋求超越CMOS未來的一條新路徑。在當今的電子設備利用電子電荷的地方,，自旋電子學具有另一個關鍵特性：電子的自旋,，即其固有的角動量,，其指向“上”或“下”。自旋電子器件比CMOS器件耗電少得多,，即使關閉電源,，它們也可以保留其數據。

　　自旋已在內存中使用,，例如磁阻RAM（MRAM）,。但是，為了執(zhí)行邏輯運算而操縱微小的磁效應更加困難,。例如,，在2018年，麻省理工學院的研究人員做把氫離子作為自旋電子晶體管的嘗試。他們的努力是非常初步的,。該團隊 承認,，要開發(fā)出能夠存儲和處理信息的功能齊全的自旋電子晶體管，還有很長的路要走,。

　　現(xiàn)在，由博士學位候選人Eline Raymenants領導的imec和Intel的研究人員 已經創(chuàng)建了一種自旋電子邏輯器件,，該器件可以用電流而不是磁場進行完全控制,。Intel-imec團隊在最近的IEEE國際電子設備會議（IEDM）上介紹了其工作。

　　電子的自旋產生磁矩,。當許多具有相同自旋的電子靠在一起時,，它們的磁矩可以對齊并合力以形成更大的磁場。這樣的區(qū)域稱為magnetic domain,，并且domains之間的邊界稱為domain walls,。一種材料可以包括許多這樣的domain和domain walls，它們像磁化的馬賽克一樣組裝,。

　　設備可以在這些域中對0和1進行編碼,。指向“上”的域可能表示0，其中“下”是1,。Intel-imec的設備把domain放置在納米級線的single-file的line中,。然后，該設備使用電流沿導線移動這些區(qū)域及其壁,，就像沿著火車軌道上的汽車一樣,。

　　軌道在磁性隧道結（ magnetic tunnel junctionMTJ）處與switch相交。它類似于當今硬盤的讀取頭,，但是研究人員已經實現(xiàn)了一種新型的MTJ,，該MTJ經過優(yōu)化可以更快地移動domain walls。MTJ從軌道讀取信息并充當邏輯輸入,。在IEDM上,，研究人員提出了一種概念證明：幾個MTJ相當于與門。

　　同樣的MTJ也是將信息寫入磁道的地方,。為此,，Intel-imec設備使用與當今MRAM中相同的技術。該器件通過自旋極化電流-大多數電子在一個方向上自旋-通過magnetic domain,。該電流可以重新排列磁場的方向,，從而在此過程中創(chuàng)建或編輯domain walls。

　　它類似于racetrack存儲器,，這是十年前首次提出的一種實驗性數據存儲形式,。racetrack存儲器還將信息寫入magnetic domains ，并使用電流沿納米線或“racetrack”將這些magnetic domains穿梭（shuttle）。但是,，Intel-imec設備利用了材料方面的優(yōu)勢,，使domain walks可以更快地沿線向下移動。研究人員說,，這是允許邏輯的關鍵,。

　　imec的研究人員Van Dai Nguyen表示，到目前為止,，研究人員主要集中在優(yōu)化這些材料上,。

　　Intel-imec團隊并不孤單。2020年初,，蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員使用domain walls邏輯創(chuàng)建了邏輯門,。麻省理工學院的研究人員最近還展示了一種基于domain walls的人工神經元。像Intel-imec研究人員和racetrack存儲器一樣,，這些設備還使用電流將domain向下移動,。

　　但是，蘇黎世和麻省理工學院的設備依靠磁場來寫入信息,。對于邏輯,，這不是理想的。imec的研究人員Iuliana Radu說：“如果構建邏輯電路,，您將不會放……一塊巨大的磁鐵,，您可以改變方向或打開或關閉以實現(xiàn)邏輯?！?Radu說,，完全的電氣控制也將允許將Intel-imec設備連接到CMOS電路。

　　研究人員說,，他們的下一步將是展示其裝置的實際作用,。他們設計了一個多數門，如果大多數輸入為正,，則返回正結果,。但是，Radu說,，他們還沒有真正探索這種設計,。只有到那時，研究人員才能知道他們的自旋電子學邏輯將如何與CMOS建立相抗衡,。