[论文解读] Thermal skyrmion diffusion applied in probabilistic computing

Jakub Zázvorka, Florian Jakobs+12 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2018

Magnetic properties of thin films参考文献 49被引用 77

一句话总结

展示了在低-pinning 多层材料中热激活的 skyrmion 扩散，并构建了用于高保真度概率计算的 skyrmion reshuffler。

ABSTRACT

Thermally activated processes are key to understanding the dynamics of physical systems. Thermal diffusion of (quasi-)particles for instance not only yields information on transport and dissipation processes but is also an exponentially sensitive tool to reveal emergent system properties and enable novel applications such as probabilistic computing. Here we probe the thermal dynamics of topologically stabilized magnetic skyrmion quasi-particles. We demonstrate in a specially tailored low pinning multilayer material system pure skyrmion diffusion that dominates the dynamics. Finally, we analyse the applicability to probabilistic computing by constructing a device, which uses the thermally excited skyrmion dynamics to reshuffle a signal. Such a skyrmion reshuffler is the key missing component for probabilistic computing and by evaluating its performance, we demonstrate the functionality of our device with high fidelity thus enabling probabilistic computing.

研究动机与目标

• 了解 skyrmion 的热激活扩散。
• 通过最小化 pinning 创建一个以 skyrmion 扩散为主导的材料系统。
• 展示一个利用热激发的 skyrmion 动力学来重新洗牌信号的器件。
• 评估使用基于 skyrmion 的 reshuffler 的概率计算的可行性与保真度。

提出的方法

• 定制一个低 pinning 的多层材料系统，以实现纯粹的 skyrmion 扩散。
• 在热激活下研究以扩散为主导的 skyrmion 动力学。
• 构建并测试一个用于概率计算的 skyrmion reshuffler 器件。
• 分析器件在重新洗牌信号方面的性能和保真度。
• 提供证据将热 skyrmion 扩散与概率计算功能联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 在特别设计的材料中，热激活扩散是否能主导 skyrmion 动力学？
• RQ2 是否有可能实现一个适用于概率计算的功能性 skyrmion reshuffler？
• RQ3 使用热激发的 skyrmion 运动进行信号重新洗牌的保真度如何？

主要发现

• 在经过特殊定制的低 pinning 多层系统中，纯粹的 skyrmion 扩散主导动力学。
• 构建了一个利用热激发的 skyrmion 动力学来重新洗牌信号的 reshuffler 器件。
• 该器件展示出高保真度性能，支持概率计算功能。
• 热 skyrmion 扩散可以被用于概率计算应用。