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Depósito de heterounión accionado por alta tensión

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La aplicación de amplificadores de alta tensión en el cálculo del depósito físico de los sistemas de heterounión ferromagnético-electrostática

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La computación de reservorio (RC) es un marco eficiente de redes neuronales recurrentes con conexiones internas fijas y entrenamiento exclusivo de la capa de salida, lo que reduce significativamente el coste computacional. Los reservorios físicos aprovechan la no linealidad intrínseca, la alta dimensionalidad y la memoria a corto plazo para el procesamiento temporal; entre ellos, los reservorios espintrónicos resultan atractivos por su no volatilidad, bajo consumo energético, multifuncionalidad y compatibilidad con CMOS. Los skyrmiones magnéticos ofrecen un tamaño reducido, estabilidad topológica y eficiencia energética, pero los reservorios existentes basados en skyrmiones dependen principalmente de entradas de corriente o de campo magnético con un consumo energético relativamente elevado. Este trabajo demuestra experimentalmente un reservorio de skyrmiones controlado por tensión y mediado por deformación, utilizando una heteroestructura multiferroica de Pt/Co/Gd/PMN-PT, en la que los campos eléctricos ajustan tanto la magnetización como la resistividad, con el efecto Hall anómalo como salida. El sistema lleva a cabo con éxito la clasificación de formas de onda y la predicción de series temporales según el modelo de Mackey-Glass, lo que abre un nuevo camino para la computación neuromórfica de bajo consumo.

Líneas de investigación:
Dispositivos de acoplamiento magnético-eléctrico con control adaptativo, computación neuroinspirada y computación de reservorio, estudio de la transición de fase y las propiedades físicas controladas por piezoelectricidad, experimentos de regulación dinámica rápida y de alta frecuencia.

Objetivo experimental:
La forma de onda arbitraria generada por el generador de señales se amplifica mediante el amplificador de alta tensión y, a continuación, se introduce en el sistema. Se detecta la salida en tiempo real del sistema de detección y se llevan a cabo el entrenamiento y las pruebas del modelo para el cálculo del «reservoir» de este sistema.

Equipo de ensayo:
Generador de señales, amplificador de alta tensión ATA-7010, fuente de corriente, nanovoltímetro, multímetro digital, etc.

Proceso experimental:
En este experimento se utilizó en primer lugar el procesamiento micro-nano para fabricar dispositivos de barra de Hall con películas magnéticas multicapa sobre un sustrato piezoeléctrico. Posteriormente, a través de una placa de circuito de transferencia, las señales de sincronización se introdujeron en el sistema mediante un generador de señales y un amplificador de alta tensión, y se leyó la tensión de Hall del dispositivo como señal de salida. Las señales de entrada y salida sincrónicas se recogieron utilizando un instrumento y, mediante el entrenamiento del modelo, se pudieron predecir las señales de sincronización.

La configuración específica de la plataforma experimental se muestra en la siguiente figura. Las señales generadas por el generador de señales se introdujeron en el amplificador de alta tensión, que produjo el campo eléctrico elevado necesario para el experimento y lo aplicó a la muestra. Se utilizó una serie de medidores de fuente de prueba para recoger las señales de salida y las señales de entrada reales sincrónicas. Mediante la programación con el software LabVIEW, los resultados de las mediciones del instrumento se leían de forma sincrónica en el ordenador para el posterior análisis de los datos experimentales.

Resultados experimentales:
En la tarea de predicción de series temporales caóticas de Mackey-Glass, se generó una forma de onda arbitraria (≤ ± 4 V) mediante un generador de señales y, a continuación, se amplificó mediante un amplificador de alta tensión en un factor de entre 100 y 200 antes de introducirla en el sistema de prueba. Se recopilaron de forma continua un total de 2500 × 50 × 2 = 250 000 puntos de datos. Tras las pruebas, el factor de amplificación de la señal y la precisión de la misma cumplieron los requisitos experimentales. Como se muestra en la figura a, tras una prueba a largo plazo, tanto la señal de entrada (gris) como la de salida (roja) se encontraban en un estado relativamente estable. La figura b muestra los detalles de los datos de la parte encerrada en el recuadro azul de la figura a.

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