Oavsett om en smart telefon, dator eller dialysmaskin – det finns ingen elektronisk enhet utan chips och deras elektroniska komponenter inuti. De individuella kretselementen kopplas därför ofta med tredimensionella så kallade brokonstruktioner. För närvarande, fysiker vid Technische Universität Kaiserslautern (TUK) arbetar på en mer effektiv variant, där specifika kvasipartiklar som kallas magnoner istället för elektroner används. De har visat för första gången, i en initial modell, att magnonströmflöde är möjligt i en integrerad magnonkrets, i vilket fall komponenterna endast kopplas tvådimensionellt. Dessa undersökningar har publicerats i Vetenskapens framsteg .

En teknisk revolution kom när den amerikanske ingenjören Jack Kilby utvecklade den integrerade kretsen på 1960-talet. Ursprungligen monterad i en fickkalkylator. "Dessa kretsar satte sedan scenen för dagens hemelektronik, säger docent Andrii Chumak.

I den aktuella studien, huvudförfattaren Qi Wang arbetade på en ny generation kretsar. "Information kan transporteras i form av inneboende vinkelmomentum, " säger Chumak. "Dessa kvantpartiklar är magnoner."

De kan transportera betydligt mer information jämfört med elektroner och kräver betydligt mindre energi, samt producera mindre spillvärme. Detta gör dem ganska intressanta, till exempel för snabbare och effektivare datorer, särskilt i mobila applikationer.

I den nu publicerade studien, forskarna har för första gången beskrivit den integrerade kretsen magnon i vilken information bärs av dessa partiklar. I detta fall, ledare och linjekorsningar förbinder de enskilda kopplingselementen, som i fallet med elektroniska kretsar. Forskarna har utvecklat en sådan knutpunkt för magnoner i sina simuleringar. "Vi har tagit med detta fenomen i våra beräkningar, som redan är välkänt inom fysiken, och kommer att tillämpas för första gången inom magnonics, " säger Qi Wang. "När två magnonledare placeras tätt ihop, vågorna kommunicerar till en viss punkt med varandra. Detta betyder att vågornas energi kommer att överföras från en ledare till nästa." Detta har använts i optikapplikationer under ganska lång tid.

Teamet som leds av Chumak utnyttjade denna metod för att koppla kretselement på ett magnoniskt chip på ett nytt sätt. I synnerhet, de kan användas för korsningar utan någon tredimensionell brokonstruktion. Detta är nödvändigt i klassisk elektronik för att garantera flödet av elektroner mellan flera element. "I våra kretsar, vi använder tvådimensionella anslutningar där magnonledarna bara behöver placeras tillräckligt nära varandra, " säger Qi Wang. Den här anslutningspunkten kallas en riktningskopplare. Forskarna avser nu att utforma den första magnoniska kretsen med hjälp av denna modell.

Dessa nya kretsar skulle kunna bidra avsevärt till att spara material och, därför, kosta. Dessutom, storleken på de simulerade komponenterna ligger inom nanometerregimen, som är jämförbar med moderna elektroniska komponenter; dock, informationstätheten med magnoner är betydligt större.