We demonstrate the performance of magnetic nanowire lattices for reservoir computing using micromagnetic simulation. Domain walls are injected into nanowires as the input and are driven by clocking magnetic fields. The static magnetization states of wires are used as the reservoir states. The distribution of node weights shows that the device saves the memory as a shift register, and the domain walls provide the nonlinear computational power for reservoir computing. The maximum short-term memory capacity of 5 and the parity-check capacity of 5 are achieved. We expect the maximum capacities can be boosted by increasing the number of asymmetric structures and the length of the wires.
References
1.
H.
Jaeger
and H.
Haas
, Science
304
, 78
(2004
).2.
W.
Maass
, T.
Natschläger
, and H.
Markram
, Neural Comput.
14
, 2531
(2002
).3.
G.
Tanaka
, T.
Yamane
, J. B.
Héroux
, R.
Nakane
, N.
Kanazawa
, S.
Takeda
, H.
Numata
, D.
Nakano
, and A.
Hirose
, Neural Networks
115
, 100
(2019
).4.
K.
Vandoorne
, P.
Mechet
, T.
Van Vaerenbergh
, M.
Fiers
, G.
Morthier
, D.
Verstraeten
, B.
Schrauwen
, J.
Dambre
, and P.
Bienstman
, Nat. Commun.
5
, 3541
(2014
).5.
Y.
Paquot
, F.
Duport
, A.
Smerieri
, J.
Dambre
, B.
Schrauwen
, M.
Haelterman
, and S.
Massar
, Sci. Rep.
2
, 287
(2012
).6.
R.
Martinenghi
, S.
Rybalko
, M.
Jacquot
, Y. K.
Chembo
, and L.
Larger
, Phys. Rev. Lett.
108
, 244101
(2012
).7.
K.
Fujii
and K.
Nakajima
, Phys. Rev. Appl.
8
, 024030
(2017
).8.
P.
Mujal
, R.
Martínez‐Peña
, J.
Nokkala
, J.
García‐Beni
, G. L.
Giorgi
, M. C.
Soriano
, and R.
Zambrini
, Adv. Quantum Technol.
4
, 2100027
(2021
).9.
K.
Nakajima
, H.
Hauser
, T.
Li
, and R.
Pfeifer
, Sci. Rep.
5
, 10487
(2015
).10.
S.
Tsunegi
, T.
Taniguchi
, K.
Nakajima
, S.
Miwa
, K.
Yakushiji
, A.
Fukushima
, S.
Yuasa
, and H.
Kubota
, Appl. Phys. Lett.
114
, 164101
(2019
).11.
T.
Kanao
, H.
Suto
, K.
Mizushima
, H.
Goto
, T.
Tanamoto
, and T.
Nagasawa
, Phys. Rev. Appl.
12
, 024052
(2019
).12.
T.
Yamaguchi
, N.
Akashi
, K.
Nakajima
, H.
Kubota
, S.
Tsunegi
, and T.
Taniguchi
, Sci. Rep.
10
, 19536
(2020
).13.
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
, and J.
Grollier
, Nature
547
, 428
(2017
).14.
D.
Marković
, N.
Leroux
, M.
Riou
, F.
Abreu Araujo
, J.
Torrejon
, D.
Querlioz
, A.
Fukushima
, S.
Yuasa
, J.
Trastoy
, P.
Bortolotti
, and J.
Grollier
, Appl. Phys. Lett.
114
, 012409
(2019
).15.
R. V.
Ababei
, M. O. A.
Ellis
, I. T.
Vidamour
, D. S.
Devadasan
, D. A.
Allwood
, E.
Vasilaki
, and T. J.
Hayward
, Sci. Rep.
11
, 15587
(2021
).16.
H.
Nomura
, T.
Furuta
, K.
Tsujimoto
, Y.
Kuwabiraki
, F.
Peper
, E.
Tamura
, S.
Miwa
, M.
Goto
, R.
Nakatani
, and Y.
Suzuki
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
, 070901
(2019
).17.
H.
Nomura
, K.
Tsujimoto
, M.
Goto
, N.
Samura
, R.
Nakatani
, and Y.
Suzuki
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
59
, SEEG02
(2020
).18.
J. H.
Jensen
and G.
Tufte
, in ALIFE 2020: The 2020 Conference on Artificial Life
, MIT Press, Montréal, Canada, 13 July–18 July 2020, pp. 376
–383
.19.
K.
Hon
, Y.
Kuwabiraki
, M.
Goto
, R.
Nakatani
, Y.
Suzuki
, and H.
Nomura
, Appl. Phys. Express
14
, 033001
(2021
).20.
R. W.
Dawidek
, T. J.
Hayward
, I. T.
Vidamour
, T. J.
Broomhall
, G.
Venkat
, M.
Al Mamoori
, A.
Mullen
, S. J.
Kyle
, P. W.
Fry
, N.
Steinke
, J. F. K.
Cooper
, F.
Maccherozzi
, S. S.
Dhesi
, L.
Aballe
, M.
Foerster
, J.
Prat
, E.
Vasilaki
, M. O. A.
Ellis
, and D. A.
Allwood
, Adv. Funct. Mater.
31
, 2008389
(2021
).21.
R.
Nakane
, G.
Tanaka
, and A.
Hirose
, IEEE Access
6
, 4462
(2018
).22.
S.
Watt
, M.
Kostylev
, and A. B.
Ustinov
, J. Appl. Phys.
129
, 044902
(2021
).23.
G.
Bourianoff
, D.
Pinna
, M.
Sitte
, and K.
Everschor-Sitte
, AIP Adv.
8
, 055602
(2018
).24.
D.
Pinna
, G.
Bourianoff
, and K.
Everschor-Sitte
, Phys. Rev. Appl.
14
, 054020
(2020
).25.
H. T.
Zeng
, D.
Read
, L.
O'Brien
, J.
Sampaio
, E. R.
Lewis
, D.
Petit
, and R. P.
Cowburn
, Appl. Phys. Lett.
96
, 262510
(2010
).26.
L.
O'Brien
, D. E.
Read
, H. T.
Zeng
, E. R.
Lewis
, D.
Petit
, and R. P.
Cowburn
, Appl. Phys. Lett.
95
, 232502
(2009
).27.
C.
Murapaka
, P.
Sethi
, S.
Goolaup
, and W. S.
Lew
, Sci. Rep.
6
, 20130
(2016
).28.
D. A.
Allwood
, G.
Xiong
, C. C.
Faulkner
, D.
Atkinson
, D.
Petit
, and R. P.
Cowburn
, Science
309
, 1688
(2005
).29.
T.
Furuta
, K.
Fujii
, K.
Nakajima
, S.
Tsunegi
, H.
Kubota
, Y.
Suzuki
, and S.
Miwa
, Phys. Rev. Appl.
10
, 034063
(2018
).30.
N.
Bertschinger
and T.
Natschläger
, Neural Comput.
16
, 1413
(2004
).31.
R.
Legenstein
and W.
Maass
, Neural Networks
20
, 323
(2007
).32.
M.
Dale
, J. F.
Miller
, S.
Stepney
, and M. A.
Trefzer
, Proc. R. Soc. A
475
, 20180723
(2019
).33.
A.
Vansteenkiste
, J.
Leliaert
, M.
Dvornik
, M.
Helsen
, F.
Garcia-Sanchez
, and B.
Van Waeyenberge
, AIP Adv.
4
, 107133
(2014
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.