Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2024, выпуск 11 » Статья стр. 1873
<<<>>>
Микроминиатюрная магнонная резервуарная вычислительная система
Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation , Goszadanie, FSEE-2020-0005
Никитин А.А. 1, Гапончик P.В. 1, Таценко И.Ю.1, Костылев М.П.2, Устинов А.Б. 1
1Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия
2University of Western Australia, Crawley, Western Australia, Australia
Email: aanikitin@etu.ru, rvgaponchik@etu.ru, abitur.tatsenko@mail.ru, mikhail.kostylev@uwa.edu.au, ustinov_rus@yahoo.com
Поступила в редакцию: 22 мая 2024 г.
В окончательной редакции: 3 сентября 2024 г.
Принята к печати: 26 сентября 2024 г.
Выставление онлайн: 29 октября 2024 г.
PDF версия
Разработана модель магнонного микрорезервуара на основе нанометровой пленки железо-иттриевого граната с петлей обратной связи. Проведено моделирование отклика вычислительной системы на электрический сигнал, поданный на вход электронного аттенюатора с генератора сигнала произвольной формы. Произведена оценка производительности предложенной резервуарной вычислительной системы, построенной на спин-волновых линиях задержки различных конструкций, с использованием тестов на кратковременную память и контроль четности. Рассмотрены методы повышения емкостей перечисленных тестов. Максимальное значение емкости теста на кратковременную память составило 5.02, а емкости теста контроля четности - 1.29. Показано, что характеристики предложенных микроминиатюрных магнонных резервуарных вычислительных систем не уступают классическим магнонным резервуарам на микронных пленках железо-иттриевого граната. Ключевые слова: резервуарные вычисления, нелинейные спиновые волны, активный кольцевой резонатор.
  1. D.P. Mandic, J.A. Chambers. Recurrent Neural Networks for Prediction Learning Algorithms, Architectures and Stability. (Wiley Online Library, 2001), DOI: 10.1002/047084535X
  2. G G. Tanaka, T. Yamane, J. B. Heroux, R. Nakane, N. Kanazawa, S. Takeda, H. Numata, D. Nakano, A. Hirose. Neural Netw., 115, 100 (2019). DOI: 10.1016/j.neunet.2019.03.005
  3. G. Dion, S. Mejaouri, J. Sylvestre. J. App. Phys., 124, 152132 (2018). DOI: 10.1063/1.5038038
  4. Y. Paquot, F. Duport, A. Smerieri, J. Dambre, B. Schrauwen, M. Haelterman, S. Massar. Sci. Rep., 2, 282 (2012). DOI: 10.1038/srep00287
  5. Y.K. Chembo, D. Brunner, M. Jacquot, L. Larger. Rev. Mod. Phys., 91, 035006 (2019). DOI: 10.1103/RevModPhys.91.035006
  6. Y. Bai, X. Xu, M. Tan, Y. Sun, Y. Li, J. Wu, R. Morandotti, A. Mitchell, K. Xu, D.J. Moss. Nanophotonics, 12, 795 (2023). DOI: 10.1515/nanoph-2022-0485
  7. F.D.-L. Coarer, M. Sciamanna, A. Katumba, M. Freiberger, J. Dambre, P. Bienstman, D. Rontani. IEEE J. Sel Top. Quantum Electron., 24, 7600108 (2018). DOI: 10.1109/JSTQE.2018.2836985
  8. Y. Yamazaki, K. Kinoshita. Adv. Sci., 11, 2304804 (2023). DOI: 10.1002/advs.202304804
  9. Y. Zhong, J. Tang, X. Li, X. Liang, Z. Liu, Y. Li, Y. Xi, P. Yao, Z. Hao, B. Gao, H. Qian, H. Wu. Nat., Electron., 5, 672 (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00838-3
  10. J. Grollier, D. Querlioz, K. Camsari, K. Everschor-Sitte, S. Fukami, M.D. Stiles. Nat. Electron., 3, 360 (2020). DOI: 10.1038/s41928-019-0360-9
  11. J. Torrejon, M. Riou, F.A. Araujo, S. Tsunegi, G. Khalsa, D. Querlioz, P. Bortolotti, V. Cros, K. Yakushiji, A. Fukushima, H. Kubota, S. Yuasa, M.D. Stiles, J. Grollier. Nat., 547, 428 (2017). DOI: 10.1038/nature23011
  12. K. Nakajima. Jpn. J. Appl. Phys., 59, 060501 (2020). DOI: 10.35848/1347-4065/ab8d4f
  13. K. Nakajima. Reservoir Сomputing (Singapore: Springer, 2021), DOI: 10.1007/978-981-13-1687-6
  14. Z. Qi, L. Mi, H. Qian, W. Zheng, Y. Guo, Y. Chai. Adv. Funct. Mater., 33, 2306149 (2023). DOI: 10.1002/adfm.202306149
  15. M. Yan, C. Huang, P. Bienstman, P. Tino, W. Lin, J. Sun. Nat. Commun., 15, 2056 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45187-1
  16. X. Liang, J. Tang, Y. Zhong, B. Gao, H. Qian, H. Wu. Nat. Electron. 7, 193 (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01133-z
  17. H. Jaeger. A tutorial on training recurrent neural networks, covering BPPT, RTRL, EKF and the "echo state network" approach (2005)
  18. N. Bertschinger, T. Natschlager. Neural Comput., 16, 1413 (2004). DOI: 10.1162/089976604323057443
  19. S. Watt, M.P. Kostylev. Phys. Rev. Appl., 13, 034057 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.034057
  20. S. Watt, M.P. Kostylev, A.B. Ustinov. J. Appl. Phys., 129, 044902 (2021). DOI: 10.1063/5.0033292
  21. S. Watt, M.P. Kostylev, A.B. Ustinov, B.A. Kalinikos. Phys. Rev. Appl., 15, 064060 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.15.064060
  22. A.B. Ustinov, R.V. Haponchyk, M.A. Kostylev. Appl. Phys. Lett., 124, 4 (2024). DOI: 10.1063/5.0189542
  23. S. Watt, M. Kostylev. J. Appl. Phys., 135 (2), (2024). DOI: 10.1063/5.0184848
  24. C.B. Abbott, D.A. Bozhko. (2024). DOI: 10.48550/arXiv.2405.09542
  25. M. Wu. Solid State Phys., 62, 163 (2010). DOI: 10.1016/B978-0-12-374293-3.00003-1
  26. Z. Wang, A. Hagerstrom, J.Q. Anderson, W. Tong, M. Wu, L.D. Carr, R. Eykholt, B.A. Kalinikos. Phys. Rev. Lett., 107, 114102 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.114102
  27. A. Hagerstrom, M. Wu, R. Eykholt, B.A. Kalinikos. Phys. Rev. B, 83, 104402 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevB.83.104402
  28. A.B. Ustinov, A.V. Kondrashov, A.A. Nikitin, B.A. Kalinikos. Appl. Phys. Lett., 104, 234101 (2014). DOI: 10.1063/1.4881889
  29. P.A.P. Janantha, B. Kalinikos, M. Wu. Phys. Rev. B, 95, 064422 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevB.95.064422
  30. A.S. Bir, S.V. Grishin, O.I. Moskalenko, A.N. Pavlov, M.O. Zhuravlev, D.O. Ruiz. Phys. Rev. Lett., 125, 083903 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.083903
  31. Y. Xiong, Z. Zhang, Y. Li, M. Hammami, J. Sklenar, L. Alahmed, P. Li, T. Sebastian, H. Qu, A. Hoffmann, V. Novosad, W. Zhang. Rev. Sci., 91, 125105 (2020). DOI: 10.1063/5.0023715
  32. S.V. Grishin, O.I. Moskalenko, A.N. Pavlov, D.V. Romanenko, A.V. Sadovnikov, Y.P. Sharaevskii, I.V. Sysoev, T.M. Medvedeva, E.P. Seleznev, S.A. Nikitov. Phys. Rev. Appl., 16, 054029 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.16.054029
  33. A.B. Ustinov, A.V. Kondrashov, I. Tatsenko, A.A. Nikitin, M.P. Kostylev. Phys. Rev. B, 104, L140410 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevB.104.L140410
  34. J. Anderson, P.A. Praveen Janantha, D.A. Alcala, M. Wu, L.D. Carr. New J. Phys., 24, 033018 (2022). DOI: 10.1088/1367-2630/ac47cb
  35. V.V. Vitko, A.A. Nikitin, R.V. Haponchyk, A.A. Stashkevich, M.P. Kostylev, A.B. Ustinov. Eur. Phys. J., 137, 1010 (2022). DOI: 10.1140/epjp/s13360-022-03213-5
  36. A. Khitun, M. Balinskiy. Sci. Rep., 12, 9482 (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-13614-2
  37. M. Balynsky, Y. Khivintsev, A. Kozhevnikov, Y. Nikulin, V. Sakharov, Y. Filimonov, A. Khitun. J. Appl. Phys., 133, 023904 (2023). DOI: 10.1063/5.0130423
  38. A.V. Chumak, P. Kabos, M. Wu, C. Abert, C. Adelmann, A.O. Adeyeye, J. Akerman, F.G. Aliev, A. Anane, A. Awad, C.H. Back, A. Barman, G.E.W. Bauer, M. Becherer, E.N. Beginin, V.A.S.V. Bittencourt, Y.M. Blanter, P. Bortolotti, I. Boventer, D.A. Bozhko, S.A. Bunyaev, J.J. Carmiggelt, R.R. Cheenikundil, F. Ciubotaru, S. Cotofana, G. Csaba, O.V. Dobrovolskiy, C. Dubs, M. Elyasi, K.G. Fripp, H. Fulara, I.A. Golovchanskiy, C. Gonzalez-Ballestero, P. Graczyk, D. Grundler, P. Gruszecki, G. Gubbiotti, K. Guslienko, A. Haldar, S. Hamdioui, R. Hertel, B. Hillebrands, T. Hioki, A. Houshang, C.-M. Hu, H. Huebl, M. Huth, E. Iacocca, M.B. Jungfleisch, G.N. Kakazei, A. Khitun, R. Khymyn, T. Kikkawa, M. Klaui, O. Klein, J.W. Klos, S. Knauer, S. Koraltan, M. Kostylev, M. Krawczyk, I.N. Krivorotov, V.V. Kruglyak, D. Lachance-Quirion, S. Ladak, R. Lebrun, Y. Li, M. Lindner, R. Macedo, S. Mayr, G.A. Melkov, S. Mieszczak, Y. Nakamura, H.T. Nembach, A.A. Nikitin, S.A. Nikitov, V. Novosad, J.A. Otalora, Y. Otani, A. Papp, B. Pigeau, P. Pirro, W. Porod, F. Porrati, H. Qin, B. Rana, T. Reimann, F. Riente, O. Romero-Isart, A. Ross, A.V. Sadovnikov, A.R. Safin, E. Saitoh, G. Schmidt, H. Schultheiss, K. Schultheiss, A.A. Serga, S. Sharma, J.M. Shaw, D. Suess, O. Surzhenko, K. Szulc, T. Taniguchi, M. Urbanek, K. Usami, A.B. Ustinov, T. van der Sar, S. van Dijken, V.I. Vasyuchka, R. Verba, S.V. Kusminskiy, Q. Wang, M. Weides, M. Weiler, S. Wintz, S.P. Wolski, X. Zhang. IEEE Trans. Magn., 58 (6), 1 (2022). DOI: 10.1109/TMAG.2022.3149664
  39. S. Watt, M. Kostylev. Phys. Rev. Appl., 19 (6), 064029 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.064029
  40. N. Beaulieu, N. Kervarec, N. Thiery, O. Klein, V. Naletov, H. Hurdequint, G. Loubens, J. B. Youssef, N. Vukadinovic. IEEE Magn. Lett., 9, 1 (2018). DOI: 10.1109/LMAG.2018.2868700
  41. C. Dubs. Phys. Rev. Mater., 4, 024416 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.4.024416
  42. A. K. Ganguly, D.C. Webb. IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 2 (12), 998 (1975). DOI: 10.1109/TMTT.1975.1128733
  43. Г.А. Вугальтер, Б.Н. Гусаев, А.Г. Гуревич, О.А. Чивилева. ЖТФ, 56 (1), 149 (1986)
  44. V.F. Dmitriev, B.A. Kalinikos. Sov. Phys. J., 31 (11), 875 (1988). DOI: 10.1007/BF00893541
  45. W.S. Ishak. Proc. IEEE, 76 (2), 171 (1988). DOI: 10.1109/5.4393
  46. Г.А. Вугальтер, И.А. Гилинский. Изв. вузов. Радиофизика, 32 (10), 1187 (1989)
  47. В.Ф. Дмитриев. Радиотехника и электроника, 35 (9), 1821 (1990)
  48. V. Vlaminck, M. Bailleul. Science, 322 (5900), 410 (2008). DOI: 10.1126/science.1162843
  49. C.S. Chang, M. Kostylev, E. Ivanov, J. Ding, A.O. Adeyeye. Appl. Phys. Lett., 104 (3), 032408 (2014). DOI: 10.1063/1.4863078
  50. C. Weiss, M. Grassi, Y. Roussigne, A. Stashkevich, T. Schefer, J. Robert, M. Bailleul, M. Kostylev. J. Magn. Magn. Mater., 565, 170003 (2023). DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.170103
  51. C. Weiss, M. Grassi, Y. Roussigne, A. Stashkevich, T. Schefer, J. Robert, M. Bailleul, M. Kostylev. Magn. Magn. Mater., 565, 170002 (2023). DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.170002
  52. A.A. Nikitin, I.Y. Tatsenko, M.P. Kostylev, A.B. Ustinov. J. Appl. Phys., 135, 123906 (2024). DOI: 10.1063/5.0200249
  53. A.A. Nikitin, A.A. Nikitiv, A.B. Ustinov, S. Watt, M.P. Kostylev. J. Appl. Phys., 131 (11), 113903 (2022). DOI: 10.1063/5.0081142
  54. A.V. Kondrashov, A.A. Nikitin, A.A. Nikitin, M.P. Kostylev, A.B. Ustinov. J. Magn. Magn. Mater., 563, 169968 (2022). DOI: 10.1016/j.jmmm.2022.169968
  55. A.A. Nikitin, V.V. Vitko, M.A. Cherkasskii, A.B. Ustinov, B.A. Kalinikos. Res. Phys., 18, 103279 (2020). DOI: 10.1016/j.rinp.2020.103279
  56. V.E. Demidov, B.A. Kalinikos, N.G. Kovshikov, P. Edenhofer. Electron. Lett., 35 (21), 1856 (1999). DOI: 10.1049/el:19991140
  57. А.А. Никитин, А.Б. Устинов, А.А. Семенов, Б.А. Калиникос. ЖТФ, 82 (7), 98 (2012). DOI: 10.1134/S106378421207016X
  58. M.M. Scott, C.E. Patton, M.P. Kostylev, B.A. Kalinikos. J. Appl. Phys., 95, 6294 (2004). DOI: 10.1063/1.1699503
  59. A.B. Ustinov, B.A. Kalinikos. Appl. Phys. Lett., 89, 172511 (2006). DOI: 10.1063/1.2362576
  60. A.V. Kondrashov, M. Kostylev, A.B. Ustinov. J. Magn. Magn. Mater., 591, 171685 (2024). DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171685

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme