För första gången, forskare har lyckats producera så kallade spin wave-övertoner. Tekniken banar väg för att öka dataöverföringshastigheten för trådlös kommunikation.

Spintronic-oscillatorer är nanokomponenter där spinnvågor används för att generera mikrovågssignaler i gigahertz-området. Spin wave övertoner kan jämföras med de övertoner (flageolets) som används i musik.

"Till exempel, en erfaren violinist vet exakt var man försiktigt ska placera fingret på strängen för att dämpa grundfrekvensen och istället låta strängen svänga vid en av dess många övertoner. Detta gör det möjligt att spela toner som är mycket högre i frekvens än strängens grundton, säger Johan Åkerman, professor vid Göteborgs universitet.

Tillsammans med kollegor i Göteborg och Portugal, han har nu visat hur man spelar och stärker sådana övertoner på nanonivå. Forskarna har tagit fram spintroniska oscillatorer som stärker spinnvågssignaler i flera steg.

Överraskande resultat

Till forskarnas förvåning, deras nya oscillatorer visade sig vara ett helt oväntat och nytt fenomen.

När forskarna ökade drivströmmen, signalen visade ett kraftigt hopp i frekvens:först, från grundfrekvensen 9 GHz till 14 GHz och sedan ett andra hopp till 20 GHz.

"Resultaten överensstämmer med John Slonczewskis glömda teoretiska förutsägelser om spinnvågsövertoner, säger Åkerman.

I en artikel från 1999 fysikern Slonczewski beskrev grunden för spinnvågor som genereras i spinnelektroniska oscillatorer. Han nämnde att hans modell också stöder generering av mycket högre frekvenser med övertoner.

"Medan John Slonczewskis artikel inspirerade ett snabbt växande forskningsfält inom spintroniska oscillatorer, det har inte förekommit några ytterligare diskussioner om övertoner alls, inte heller har de testats experimentellt förrän nu. Vårt experiment visar att det är möjligt att skapa flera olika övertoner i spintroniska oscillatorer, som tillåter extremt stora och snabba frekvenshopp för att öka dataöverföringshastigheten för trådlös kommunikation."

Upptäckten gör det också möjligt för forskare att generera mycket höga mikrovågsfrekvenser med korta våglängder för användning inom spintronik och magnonik.

"Medan grundtonens våglängd är cirka 500 nanometer, våglängden för den visade tredje övertonen är så kort som 74 nanometer. Framtida studier på mindre oscillatorer bör kunna generera spinnvågor upp till 15 nanometer med frekvenser upp till 300 GHz. Det är därför potentialen för extremt högfrekvent spintronik och magnonic är enorm, säger Åkerman.

Högre frekvens leder till snabbare datakommunikation i trådlös överföring, men det kan också ge bättre bilradar för självkörande bilar

Artikeln publicerades nyligen i Naturkommunikation .