Josephson Junction Field-effect Transistors for Boolean Logic Cryogenic Applications
约瑟夫森结场效应晶体管（JJ-FET）与金属氧化物半导体场效应晶体管共享设计相似性，除了源极/漏极接触由超导体代替。类似地，由于邻近效应而产生的超电流可以通过栅极电压来调节。在这项研究中，我们研究的可行性JJ-FET为基础的布尔逻辑和存储元件的低温计算，在新材料和制造技术的最新进展。使用二维弹道输运JJ-FET模型，我们实现了JJ-FET逻辑门的电路级模拟，并讨论了实现信号恢复的标准，以及扇出。我们表明，结型场效应晶体管是一个很有前途的候选人非常低功耗，时钟电压电平动态逻辑在低温温度。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Reconfigurable Multifunctional van der Waals Ferroelectric Devices and Logic Circuits
本研究提出基于二维范德华异质结的可重构铁电场效应晶体管（Re-FeFET），通过双分裂栅调控同质结能带实现p/n/双极性模式切换，并构建了多功能存内逻辑电路，相比CMOS大幅减少晶体管数量，为存内计算提供高能效方案。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall
Current-Controlled Nanomagnetic Writing for Reconfigurable Magnonic Crystals
强相互作用的纳米磁性阵列在不断增长的技术套件中至关重要。这些阵列跨越神经形态计算、对超导涡旋的控制和可重新配置的磁振子，其实用性和吸引力在于它们广泛的不同、稳定的磁化状态。不同的状态表现出不同的功能行为，使得精确的、可重构的状态控制成为此类系统的重要基石。然而，很少有现有的方法可以反转任意的阵列元件，甚至更少的方法可以在电气控制下这样做，这对器件集成至关重要。我们展示了通过电流驱动相邻纳米线中的横向畴壁运动的铁磁纳米岛的选择性，可重构的磁性反转。反转技术在全电控制下操作，不依赖于外部磁场，使其非常适合于跨磁振子、自旋电子和神经形态逻辑架构的主机的器件集成。在这里，利用反转技术来实现两个完全固态的可重构的磁振子晶体，提供磁振子门控、滤波、晶体管式开关和峰移，而不依赖于全局磁场。
2020-04-30 cond-mat.mes-hall
Non-volatile reconfigurable spin logic device: parallel operations
本文提出了一种新的设计方案，设计了一种非易失性的、完全自旋的逻辑器件，这种器件可以被重新编程以实现不同功能的经典逻辑运算。在非对称环-电极界面结构下，我们利用偏压驱动自旋相关的环形电流和电流感应磁场的概念来实现所有的布尔运算。我们扩展我们的想法，建立两种并行计算架构，以获得并行化的操作，都在一个特定的时间。在一种情况下，不同类型的并行操作在单个设备中执行，而在另一种类型中，逻辑门的所有可能输入都被并行处理，并且所有输出都被同时读取。从功率、延迟和功率延迟积以及系统温度等方面研究了系统的性能和可靠性。我们发现，这里研究的单独和同时的逻辑操作都比在不同的传统逻辑家族中执行的操作要优越得多，如互补金属氧化物半导体逻辑，晶体管-晶体管逻辑等。关键的优点是，我们可以执行多个逻辑操作，只要我们愿意，重复相同或不同的逻辑门使用一个单一的设置，这确实减少了电路中的布线，因此消耗更少的功率。我们的分析可以用来设计优化的逻辑电路在纳米级。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall
Dual Metal-Gate Planar Field-Effect Transistor for Electrostatically Doped CMOS Design
在本文中，我们通过模拟演示了静电掺杂和电可重构平面场效应晶体管（FET）结构的一般可用性。该器件的概念部分基于我们已经发表和制造的硅纳米线3D-FET技术。这种通用FET的技术关键特征包括绝缘体上硅（SOI）衬底上的肖特基S/D结，另外还可以使所提出的器件在高温下工作。晶体管载流子型，即n型或p型FET，可通过施加控制栅极电压在运行中电切换，这显著增加了数字集成电路中的灵活性和多功能性。
2014-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards boolean operations with thermal photons
布尔代数是经典信息处理的自然理论框架。基本的逻辑运算通常是用逻辑门来完成的。在这封信中，我们证明，非，或和与门可以实现利用近场辐射相互作用的N体系统与相变材料。随着光子热晶体管和热存储器的最新发展，这一结果为光子纳米级主动热管理的全信息处理和智能解决方案铺平了道路。
2016-08-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Dual Gate Spin Field Effect Transistor With Very Low Switching Voltage and Large ON-to-OFF Conductance Ratio
提出并分析了一种新颖的具有半金属铁磁源漏接触的双栅自旋场效应晶体管（SpinFET）。晶体管有两个栅极焊盘，可以独立偏置。它可以通过两个焊盘之间的差分偏置的几mV变化来开启或关闭，从而在切换期间实现极低的动态功耗。在10 K的温度下，导通电导与截止电导之比仍然相当大（~ 60）.该器件还具有良好的反相器特性，使其在低功耗和高密度布尔逻辑电路中的应用具有吸引力。
2007-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Scalability of spin FPGA: A Reconfigurable Architecture based on spin MOSFET
首次讨论了磁流比在100%~ 1000%范围内的自旋MOSFET（自旋FPGA）现场可编程门阵列（FPGA）的可扩展性。百万门自旋FPGA的面积和速度与CMOS FPGA的22纳米，32纳米和45纳米技术，包括20%的晶体管尺寸变化的数字基准。我们发现，由于自旋MOSFET的非易失性存储功能，自旋FPGA的面积减小，速度提高。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall cs.AR
Single spin universal Boolean logic
在量子点中操纵单电子自旋的最新进展使我们接近于实现基于在单电子的自旋极化中表示二进制位的经典逻辑门。在这里，我们表明，一个线性阵列的三个量子点，每个包含一个单一的自旋极化电子，并与最近邻交换耦合，作为通用的NAND门。在切换该门期间耗散的能量是kTln（1/p）的Landauer-Shannon极限[T =环境温度，p =固有门错误概率]。利用目前的技术，p = 1 E-9在1 K温度以上是可实现的。即使具有这种小的固有错误概率，在切换NAND门期间耗散的能量也仅为~ 21 kT，而当今的纳米级晶体管在切换时耗散约40，000 - 50，000 kT。
2008-01-25 cond-mat.mes-hall
Graphene-Based Non-Boolean Logic Circuits
石墨烯揭示了许多对电子产品有益的独特特性。然而，石墨烯不具有能带隙，这对其在数字逻辑门中的应用提出了严重的障碍。通过量子限制或表面功能化在石墨烯中诱导带隙的努力尚未取得突破。在这里，我们表明，实验观察到的负微分电阻的石墨烯场效应晶体管的“常规”设计允许建设可行的非布尔计算架构与无间隙的石墨烯。在某些偏置方案下观察到的负微分电阻是由石墨烯的对称能带结构引起的石墨烯的固有性质。我们的原子模型表明，负微分电阻不仅出现在漂移扩散制度，但也在弹道制度在纳米尺度-虽然物理变化。所获得的结果在石墨烯研究中提出了概念上的转变，并为石墨烯在信息处理中的应用指明了另一条路线。
2013-08-13 cond-mat.mes-hall
Magneto-elastic universal logic gate: A non-volatile, error-resilient Boolean logic gate with ultra-low energy-delay product
计算机技术的一个长期目标是用同一设备处理和存储数字信息，以实现新的体系结构。实现这一点的一种方法是使用纳米磁性“非易失性”逻辑门，其可以执行布尔运算，然后将输出数据存储在纳米磁体的磁化状态中，从而兼作逻辑和存储器。不幸的是，许多提出的纳米磁性门不具备布尔逻辑门的七个基本特征：级联性，非线性，输入和输出之间的隔离，增益，通用逻辑实现，可扩展性和错误恢复能力。更重要的是，它们的能量延迟产品和错误率大大超过了传统的基于晶体管的逻辑门，这是一个缺点。在这里，我们提出了一种非易失性压控纳米磁逻辑门，它具有逻辑门的所有必要特征，并且其能量延迟积比其他纳米磁（非易失性）逻辑门小~2个数量级，比（易失性）基于CMOS的逻辑门小~1个数量级。错误恢复能力也优于其他已知的纳米磁性门。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Anomalous Electron Transport in Field-Effect Transistors with Titanium Ditelluride Semimetal Thin-Film Channels
我们报道了二碲化钛薄膜的“类石墨烯”机械剥离及其电子性质的研究。剥离的晶态TiTe 2薄膜被用作在SiO2/Si衬底上用Ti/Al/Au金属接触制造的背栅场效应晶体管中的沟道层。室温下的电流-电压特性显示出强烈的非线性行为，与电荷密度波器件中观察到的类似的源漏阈值电压的签名。漏极电流表现出不寻常的非单调依赖于栅极偏置，其特征在于存在多个峰值。所得到的结果可以潜在地用于实现的非布尔逻辑门。
2012-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmion Field-Effect Transistors
磁skyrmions是相当感兴趣的低功耗存储器和逻辑器件，因为高速低电流和高稳定性，由于拓扑保护。我们提出了一种基于门控Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的Skyrmion场效应晶体管。所提出的skyrmion场效应晶体管的一个关键工作原理是skyrmion的大横向运动，这是由空间不均匀的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用引起的有效平衡阻尼式自旋轨道扭矩引起的。这种大的横向运动可以被归类为斯基尔米恩霍尔效应，但以前没有认识到。该器件能够进行多位运算和布尔运算，有望成为一种基于磁孤子的低功耗逻辑器件。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Prototype of a bistable polariton field-effect transistor switch
微腔激子极化激元是构建新一代高非线性集成光电子器件的理想材料。这些器件的范围从新颖的相干光发射器到基于电光极化子晶格的量子模拟器的可重构潜在景观以及光学逻辑架构的构建块。特别是对于后者，光-物质混合粒子的强相互作用性质已被用于促进光与光的快速有效切换，这是弱相互作用光子很难实现的。我们在这里证明，极化激元晶体管开关可以完全集成在电光方案通过实施一个一维的极化激元通道，这是由一个电子门，而不是由控制激光束操作。该器件的操作是极化激元等效于场效应晶体管，依赖于将电光势场工程与局部激子电离相结合，以控制栅极下方的散射动力学。我们进一步证明，我们的设备有一个区域的负微分电阻，并具有一个全新的方式来创建双稳态行为。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Nanomagnetic Boolean Logic -- The Tempered (and Realistic) Vision
纳米磁性布尔逻辑的想法是在二十多年前提出的。它设想使用具有两个稳定磁化方向的纳米磁体作为实现逻辑门和最终组合/时序电路的原始二进制开关。关于纳米磁逻辑将如何超越传统（基于晶体管的）逻辑电路的热情宣言充斥着应用物理文献。20年后，还没有一个可行的纳米磁性逻辑芯片出现，更不用说商业上的成功了。在这篇观点文章中，我提供了我的原因，为什么这已经发生了。我提出了一个现实的和锻炼的纳米磁逻辑的愿景，指出了许多误解这种范式，在一些建议，出现在文献中的缺陷，缺点和可能的陷阱，可能会阻碍在这一领域的进展。
2021-01-08 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Field-Free Reconfigurable Spin Logic in Compositionally Graded MnxCoAl Layer
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）；Institut Jean Lamour, Université de Lorraine, CNRS（洛林大学让·拉穆尔研究所）
该研究在垂直成分梯度MnxCoAl/Pt异质结构中，通过调控电流脉冲实现无场自旋轨道矩翻转，在同一器件中完成多种布尔运算，拓展了Mn-Co-Al赫斯勒异质结构的应用场景。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall
Negative Differential Resistance, Memory and Reconfigurable Logic Functions based on Monolayer Devices derived from Gold Nanoparticles Functionalized with Electro-polymerizable Thiophene-EDOT Units
我们报告的混合忆阻器件的网络的金纳米粒子（10 nm直径）功能化定制的3，4（亚乙二氧基）噻吩（TEDOT）分子，沉积在两个平面电极之间的纳米和微米的间隙（100 nm至10 μ m），并在原位电聚合形成单层膜的共轭聚合物与嵌入的金纳米粒子（AuNPs）。这些薄膜的电学性质表现出两个有趣的行为：（i）峰/谷比高达17的NDR（负微分电阻）行为，和（ii）开/关电流比约为1 E3至1 E4的记忆行为。仔细研究的开关动态和编程电压窗口进行演示非易失性存储器。ON和OFF状态的数据保持稳定（测试长达24小时），受电压良好控制，并在重复开关循环（本研究中为800）时保留。我们展示了可重构的布尔函数在多端连接NP分子器件。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum Enhanced Josephson Junction Field-Effect Transistors for Logic Applications
本文提出在零能隙InAs/GaSb异质结构中利用激子绝缘体量子相变实现量子增强型JJFET，使增益因子比经典器件提高50倍以上，为超导逻辑应用提供新途径。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Computing with spins and magnets
可能使用自旋和磁体代替电荷和电容器来存储和处理信息是众所周知的。磁性隧道结正被广泛研究和开发用于磁性随机存取存储器。这些是两个终端设备，根据磁性材料的可切换磁化来改变它们的电阻。它们利用电子自旋和磁体之间的相互作用从磁体读取信息并在其上写入。存储器设备的这种进步也可以转化为一类新的逻辑设备，其提供了超过晶体管的非易失性和可重新配置的信息处理的优势。具有类似晶体管的增益和方向性的逻辑器件可以用于构建集成电路，而不需要在每个阶段都使用基于晶体管的放大器和时钟。我们回顾了从介观到原子尺度的自旋和磁体计算的器件特性和基本逻辑门，以及材料，集成和制造挑战和方法。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reconfigurable Compute-In-Memory on Field-Programmable Ferroelectric Diodes
本文提出基于亚50 nm氮化铝钪铁电二极管的无晶体管可重构CIM架构，可在硅处理器上集成，并实现小于0.12 μm²的搜索单元和4位神经网络操作。
2024-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multifunctional Devices and Logic Gates With Undoped Silicon Nanowires
我们报告的电子输运性质的多栅极器件制造的非掺杂硅纳米线。通过局部静电门控和温度依赖性测量实现了对相关传输机制的理解和控制。源极/漏极接触和硅沟道的作用可以被独立地评估和调整。围绕硅化物-硅接触界面的包裹栅极被证明是有效的，在诱导接触肖特基势垒的完全抑制，从而使载流子注入到液氦温度。通过独立调节有效肖特基势垒高度，可以获得各种可重构器件功能。特别地，相同的纳米线器件可以被配置为用作具有可调极性的肖特基势垒晶体管、肖特基二极管或p-n二极管。这种多功能性最终被用来实现增益远高于1的NAND逻辑门。
2012-08-07 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstration of an integrated on-chip p-bit core utilizing stochastic Magnetic Tunnel Junctions and 2D-MoS2 FETs
本文首次实验演示了将随机磁性隧道结与2D-MoS2 FET集成的片上p-bit核心，实现电压可控随机性，并通过电路仿真分析3T-1MTJ设计中各组件特性对输出的影响，为未来规模化片上p-bit网络提供关键设计规则。
2023-10-17 cond-mat.mes-hall cs.ET
Purely magnetic logic based on polarized spin waves
自旋波是磁性材料中磁序的进动，是一种携带自旋角动量的集体激发。类似于声波或光波，自旋波也具有偏振自由度。尽管这种极化自由度在铁磁体中被冻结，但在反铁磁体或亚铁磁体中它们是完全解锁的。在这里，我们介绍了磁门的概念，并演示了自旋波模拟的反铁磁体中的Datta-Das自旋晶体管。利用极化自旋波与反铁磁畴壁的相互作用，我们提出了一种在单一磁结构中实现所有布尔运算的纯磁性通用逻辑门。我们进一步构建了一个全功能的4位算术逻辑单元，只使用16个自旋波通用逻辑门，在一个织布机编织的方式操作。本文提出的基于自旋波的体系结构也为未来的节能非易失性计算、分布式内存处理计算和可进化神经形态计算提供了一个模型。
2019-06-20 cond-mat.mes-hall
A Compact XOR Gate Implemented With a Single Straintronic Magnetic Tunnel Junction
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
本文提出了一种基于单个应变磁隧道结的紧凑型异或门，通过减少门体尺寸和能量耗散，实现了非易失性和高逻辑密度的异或门设计。
2026-03-06 cond-mat.mes-hall
2-input 4-output Programmable Spin Wave Logic Gate
为了将基于自旋波（SW）的计算范例付诸实践并开发超低功率Magnonic电路和计算平台，需要基本逻辑门，其在SW域内操作并可以级联，而不需要SW域和电压域之间的来回转换。为了实现这一点，SW门必须具有内在的扇出能力，输入输出数据表示一致，和可重构。在本文中，我们解决的第一个和最后一个要求，并提出了一种新的4输出可编程SW逻辑。首先，我们介绍了门的结构，并证明，通过调整门的输出检测方法，它可以并行计算任何4元素的子集的2输入布尔函数集与，与非，或，或非，异或，和XNOR。此外，我们调整结构，使其所有4个输出产生具有相同能量的SW，并证明它可以评估布尔函数集，同时提供从1到4的扇出能力。我们通过实例化和模拟不同的门配置，如4-输出AND/OR，4-输出XOR/XNOR，输出能量平衡的4-输出AND/OR，和输出能量平衡的4-输出XOR/XNOR，通过面向对象的微磁框架（OOMMF）模拟验证我们的方法。最后，我们评估我们的建议在延迟和能耗方面的性能，并将其与现有的最先进的SW和16纳米CMOS同行进行比较。结果表明，对于相同的功能，我们的方法提供了3倍和16倍的能量减少，与传统的SW和16纳米CMOS实现相比，分别。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Multifunctional Spin Logic Gates In Graphene Spin Circuits
针对通用全电自旋逻辑运算的实现难题，研究团队基于石墨烯自旋电路构建可重编程多功能自旋逻辑门，实现多种布尔运算，为可扩展全电自旋逻辑与神经形态计算提供平台。
2021-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
