磁电路|德国和奥地利联合研发出由磁性材料和磁子实现的集成电路
德国凯泽斯劳滕工业大学（TUK）和奥地利维也纳大学的研究人员使用磁性材料和磁子成功开发出可传输二进制数据的集成电路，使用磁子代替电子来传递信息，只需要三根纳米线，能量远远低于最新的计算机芯片，在追求更小、更节能的计算过程中树立里程碑节点。研究成果发表在《自然电子学》上。
具有可见原子结构的定向耦合器的示意图。在纳米线日益靠近时自旋波从一个纳米线跳转到另一个纳米线
项目过程
该成果是在欧洲研究委员会（ERC）项目资金资助下，持续四年努力的结果，TUK的Andrii Chumak表示，“我们非常高兴，因为成功做到了几年前的设想，而且优于预期。”当Chumak第一次提出磁电路时，设计非常复杂。他认为论文的主要作者Wang Qi使设计“至少提高了100倍”。
技术创新
新电路极微小，采用流线型二维设计，比目前最先进的计算机芯片（采用CMOS技术）所需能量少10倍左右。虽然目前的磁配置没有CMOS快，但此次成果表示可以进一步探索其他应用，如量子或神经形态计算。
纳米电路元件的尺寸不到一微米，远比人的头发还细，即使在显微镜下也很难看到。它由三根纳米线组成，这些纳米线由一种名为钇铁石榴石的磁性材料制成。这些线相互之间的关系定位精确，形成两个“定向耦合器”，引导磁子穿过这些线。磁子是自旋波的量子--想想看，它们就像扔进石头后池塘表面的波纹，但在这种情况下，波纹是由量子层面的固体材料磁序的扭曲形成的。为了找出最佳的纳米线长度和间距，以产生预期的结果，他花费了大量的时间和精力。Wang Qi在TUK攻读博士学位时就参与了这个项目。他说：“这是第三次或第四次设计，我对不同类型的半加法进行了几百次模拟。”
在第一个耦合器，即两根导线非常接近的地方，自旋波被分成两半。一半进入第二个耦合器，在那里它在两根线之间来回跳跃。根据振幅的不同，波将从顶部或底部的导线输出，分别对应二进制的“1”或“0”。由于该电路包含两个定向耦合器，可将两个信息流加在一起，因此形成了“半梯形”，是计算机芯片中最通用的元件之一。数百万个这样的电路可以组合起来，进行越来越复杂的计算和功能。
Pirro说：“普通计算机中通常需要数百个元件和14个晶体管，这里只需要三根纳米线、一个自旋波和非线性物理学。”
未来应用
Chumak说：“我们现在看到，磁电路可以和CMOS一样好，但如果你想实现工业级的发展，这可能还不够。我认为至少还得小100倍，速度更快。但这种电路为二进制数据以外的领域提供了奇妙的机会，例如在非常低的温度下进行量子磁子计算。”
Pirro目前在合作研究中心“Spin+X”的框架下，领导着TUK的自旋电子计算方向，他将探索使用磁电路来进行神经形态计算，这种方法不是以二进制的方式来处理数据，而是更像人脑。由于自旋波有两个参数--振幅（即波高）和相位（即波角），因此更适合于更复杂的系统，并有可能携带更多的信息。在本次演示中，为了保持二进制数据处理的简单性，团队没有将相位作为变量。
Pirro说：“我们很有信心，使用自旋波的全部功率的方案在某些任务中可以比CMOS更有效率。而最终的目标，当然是将CMOS和磁学技术的优势结合在一起。”