Boolean logic is the foundation of modern digital information processing. Recently, there has been a growing interest in phenomena based on pure spin currents, which allows to move from charge to spin based logic gates. We study a proof-of-principle logic device based on the ferrimagnetic insulator Yttrium Iron Garnet, with Pt strips acting as injectors and detectors for non-equilibrium magnons. We experimentally observe incoherent superposition of magnons generated by different injectors. This allows to implement a fully functional majority gate, enabling multiple logic operations (AND and OR) in one and the same device. Clocking frequencies of the order of several GHz and straightforward down-scaling make our device promising for applications.

1.
E.
Saitoh
,
M.
Ueda
,
H.
Miyajima
, and
G.
Tatara
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
182509
(
2006
).
2.
Y.
Tserkovnyak
,
A.
Brataas
, and
G. E. W.
Bauer
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
117601
(
2002
).
3.
O.
Mosendz
,
J. E.
Pearson
,
F. Y.
Fradin
,
G. E. W.
Bauer
,
S. D.
Bader
, and
A.
Hoffmann
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
046601
(
2010
).
4.
F. D.
Czeschka
,
L.
Dreher
,
M. S.
Brandt
,
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
I.-M.
Imort
,
G.
Reiss
,
A.
Thomas
,
W.
Schoch
,
W.
Limmer
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
046601
(
2011
).
5.
K.
Uchida
,
H.
Adachi
,
T.
Ota
,
H.
Nakayama
,
S.
Maekawa
, and
E.
Saitoh
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
172505
(
2010
).
6.
M.
Weiler
,
M.
Althammer
,
F. D.
Czeschka
,
H.
Huebl
,
M. S.
Wagner
,
M.
Opel
,
I.-M.
Imort
,
G.
Reiss
,
A.
Thomas
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
106602
(
2012
).
7.
M.
Althammer
,
S.
Meyer
,
H.
Nakayama
,
M.
Schreier
,
S.
Altmannshofer
,
M.
Weiler
,
H.
Huebl
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
R.
Gross
,
D.
Meier
,
C.
Klewe
,
T.
Kuschel
,
J.-M.
Schmalhorst
,
G.
Reiss
,
L.
Shen
,
A.
Gupta
,
Y.-T.
Chen
,
G. E. W.
Bauer
,
E.
Saitoh
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
87
,
224401
(
2013
).
8.
H.
Nakayama
,
M.
Althammer
,
Y.-T.
Chen
,
K.
Uchida
,
Y.
Kajiwara
,
D.
Kikuchi
,
T.
Ohtani
,
S.
Geprägs
,
M.
Opel
,
S.
Takahashi
,
R.
Gross
,
G. E. W.
Bauer
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
E.
Saitoh
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
206601
(
2013
).
9.
M. P.
Kostylev
,
A. A.
Serga
,
T.
Schneider
,
B.
Leven
, and
B.
Hillebrands
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
153501
(
2005
).
10.
T.
Schneider
,
A. A.
Serga
,
B.
Leven
,
B.
Hillebrands
,
R. L.
Stamps
, and
M. P.
Kostylev
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
22505
(
2008
).
11.
A.
Khitun
,
M.
Bao
, and
K. L.
Wang
,
IEEE Trans. Magn.
44
,
2141
(
2008
).
12.
A. V.
Chumak
,
A. A.
Serga
, and
B.
Hillebrands
,
Nat. Commun.
5
,
4700
(
2014
).
13.
K.
Wagner
,
K.
Kákay
,
K.
Schultheiss
,
A.
Henschke
,
T.
Sebastian
, and
H.
Schultheiss
,
Nat. Nano.
11
,
432
436
(
2016
).
14.
S.
Klingler
,
P.
Pirro
,
T.
Brächer
,
B.
Leven
,
B.
Hillebrands
, and
A. V.
Chumak
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
152410
(
2014
).
15.
S.
Klingler
,
P.
Pirro
,
T.
Brächer
,
B.
Leven
,
B.
Hillebrands
, and
A. V.
Chumak
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
212406
(
2015
).
16.
S. T. B.
Goennenwein
,
R.
Schlitz
,
M.
Pernpeintner
,
K.
Ganzhorn
,
M.
Althammer
,
R.
Gross
, and
H.
Huebl
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
172405
(
2015
).
17.
L. J.
Cornelissen
,
J.
Liu
,
R. A.
Duine
,
J. B.
Youssef
, and
B. J.
van Wees
,
Nat. Phys.
11
,
1022
(
2015
).
18.
S. S.-L.
Zhang
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
86
,
214424
(
2012
).
19.
S. S.-L.
Zhang
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
096603
(
2012
).
20.
S. A.
Manuilov
,
R.
Fors
,
S. I.
Khartsev
, and
A. M.
Grishin
,
J. Appl. Phys.
105
,
033917
(
2009
).
21.
J.
Lotze
,
H.
Huebl
,
R.
Gross
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Phys. Rev. B
90
,
174419
(
2014
).
22.
R. L.
Stamps
,
S.
Breitkreutz
,
J.
Akerman
,
A. V.
Chumak
,
Y.
Otani
,
G. E. W.
Bauer
,
J.-U.
Thiele
,
M.
Bowen
,
S. A.
Majetich
,
M.
Kläui
,
I. L.
Prejbeanu
,
B.
Dieny
,
N. M.
Dempsey
, and
B.
Hillebrands
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
333001
(
2014
).
23.
A. R.
Mellnik
,
J. S.
Lee
,
A.
Richardella
,
J. L.
Grab
,
P. J.
Mintun
,
M. H.
Fischer
,
A.
Vaezi
,
A.
Manchon
,
E.-A.
Kim
,
N.
Samarth
, and
D. C.
Ralph
,
Nature
511
,
449
(
2014
).
24.
Y.
Fan
,
P.
Upadhyaya
,
X.
Kou
,
M.
Lang
,
S.
Takei
,
Z.
Wang
,
J.
Tang
,
L.
He
,
L.-T.
Chang
,
M.
Montazeri
,
G.
Yu
,
W.
Jiang
,
T.
Nie
,
R. N.
Schwartz
,
Y.
Tserkovnyak
, and
K. L.
Wang
,
Nat. Mater.
13
,
699
(
2014
).
You do not currently have access to this content.