Framgångsberättelsen för informationsbehandling genom att flytta elektroner tar långsamt slut. Trenden mot mer och mer kompakta chips utgör en stor utmaning för tillverkare, eftersom den ökande miniatyriseringen skapar delvis olösliga fysiska problem. Det är därför magnetiska snurrvågor kan vara framtiden:de är snabbare än elektroniska laddningsbärare och använder mindre ström. Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och TU Dresden har utvecklat en metod för att styra spridningen av dessa informationsbärare på nanolevel på ett målinriktat och enkelt sätt; än så länge, detta krävde mycket kraft. De har därmed skapat en grund för nanokretsar som använder spinnvågor.

"Vår nuvarande informationsbehandling är baserad på elektroner, "förklarar Dr Helmut Schultheiß från HZDR's Institute of Ion Beam Physics and Materials Research." Dessa laddade partiklar flyter genom trådarna, skapa elektriska strömmar. Men i processen krockar de med atomer och tappar energi, som rymmer in i kristallgitteret i form av värme. Det betyder att chips blir varmare, ju närmare elementen på dem grupperas. Så småningom misslyckas de, eftersom värmen inte längre kan överföras. "Det är därför Schultheiß, chef för en Emmy Noether Junior Research Group, bedriver ett annat tillvägagångssätt:informationstransport via spinnvågor, även känd som magnoner.

Elektronernas magnetiska ögonblick

Snurra är termen forskare använder för att beskriva vinkelmomentet hos elektroner som roterar runt sin egen axel. Det får de elektriska partiklarna att bete sig som extremt små magneter. Det är därför de ligger parallellt i ferromagnetiska material. "Om man leder ett snurr i en annan riktning, detta kommer också att påverka de närliggande snurrningarna, "Schultheiß förklarar." Detta skapar en snurrvåg som rör sig genom den fasta kroppen. Den kan användas för att transportera och behandla information precis som flytande laddningsbärare. "Men elektronerna själva rör sig inte i detta fall. "De krockar inte med någonting och genererar därför knappast någon värme."

Men för att kunna segra i loppet om framtida informationsbehandlingsmetoder, system behövs som möjliggör kontroll av utbredningen av spinnvågor på nanolnivån. "Än så länge, metoder för en lösning baserades antingen på geometriskt fördefinierade ledarbanor eller på permanent användning av externa magnetfält, "säger Schultheiß, förklarar forskningens nuvarande tillstånd. "När det gäller den första lösningen, förökningsvägen kan inte ändras; detta är dock nödvändigt för utvecklingen av flexibla kretsar. Den andra metoden löser det problemet, ändå till priset av en enorm ökning av strömförbrukningen. "

Kontrollerad spridningsväg

Forskarna har framgångsrikt utvecklat ett nytt förfarande för riktad styrning av spinnvågor genom att använda grundläggande magnetiska egenskaper:remanens, det är, den kvarvarande magnetismen som en fast kropp behåller efter avlägsnandet av ett magnetfält, och bildandet av så kallade domänväggar. "Denna term anger området i fasta kroppar där olika inriktade magnetiska domäner möts, "Förklarar Schultheiß. HZDR-forskarna skapade en sådan domänvägg i en nanostruktur av nickel-järnlegering i ett experiment. De utlöste sedan en snurrvåg med hjälp av mikrovågor. Som deras test har visat, spinnvågorna med en viss frekvens fastnade i domänväggen, eftersom de olika magnetiska domänerna fungerar som hinder. "På sätt och vis, man kan säga att vi skapade en väg med en krockspärr längs vilken spinnvågorna färdas kontrollerat, "Schultheiß beskriver glatt resultatet.

Dock, Dresdenfysikerna kunde fira ännu en framgång. De manipulerade domänväggen genom små externa magnetfält långt under en millitesla, ungefär hundra gånger svagare än en kommersiell hästsko -magnet. Genom att göra så, de manipulerade likaså utbredningen av spinnvågorna. "Detta kan vara grunden för en design av omkonfigurerbara nanokretsar som använder magnoner, "Schultheiß säger, storlek på alternativen. Ändå, forskaren tror att flera år sannolikt kommer att gå innan ansökan. "Vi är fortfarande i grundforskningsfasen. Men våra resultat visar att vi har det bra. "