Mindre, snabbare, mer energieffektiv-det är målet som utvecklare av elektroniska enheter har arbetat mot i åratal. För att till exempel kunna miniatyrisera enskilda komponenter i mobiltelefoner eller datorer, magnetvågor anses för närvarande vara lovande alternativ till konventionell dataöverföring som fungerar med hjälp av elektriska strömmar. Anledningen:När chipsen blir mindre och mindre, elektrisk dataöverföring når någon gång sina gränser, eftersom elektroner som ligger väldigt nära varandra avger mycket värme - vilket kan leda till avbrott i fysiska processer.

Högfrekventa magnetiska vågor, däremot, kan sprida sig i även de minsta nanostrukturerna och på så sätt överföra och bearbeta information. Den fysiska grunden för detta är den så kallade elektronspinnet i det magnetiska materialet, som kan förenklas som en rotation av elektronen runt sin egen axel. Dock, spinnvågor inom mikroelektronik har hittills endast varit av begränsad användning, på grund av den så kallade dämpningen, som verkar på spinnvågorna och försvagar dem.

Fysiker vid universitetet i Münster (Tyskland) har nu utvecklat en ny metod som eliminerar oönskad dämpning och gör det lättare att använda spinnvågor. "Våra resultat visar ett nytt sätt för tillämpning av effektiva centrifugerade komponenter, "säger Dr Vladislav Demidov, studieledare (Institute for Applied Physics, Forskargrupp Demokritov). Den nya metoden kan vara relevant för framtida utveckling inom mikroelektronik, men också för vidare forskning om kvantteknik och nya datorprocesser. Studien publicerades i tidskriften Naturkommunikation .

Bakgrund och metod:

Magnonics är namnet på det forskningsfält där forskare studerar elektronspinn och deras vågor i magnetiska material. Termen härrör från magnetismens partiklar, som kallas magnoner, motsvarande spinnvågor.

Det bästa sättet att elektroniskt kompensera störande dämpning av spinnvågor är den så kallade spin Hall-effekten, som upptäcktes för några år sedan. Elektronerna i en spinnström avböjs i sidled beroende på orienteringen av deras snurr, vilket gör det möjligt att effektivt generera och styra spinnvågor i magnetiska nano-enheter. Dock, så kallade olinjära effekter i svängningarna leder till att spin-Hall-effekten inte fungerar korrekt i praktiska tillämpningar-en anledning till att forskare ännu inte har kunnat inse dämpningsfria spinnvågor.

I deras experiment, forskarna placerade magnetskivor av permalloy eller kobolt och nickel, bara några nanometer tjock, på ett tunt lager av platina. Så kallade magnetiska anisotropier påverkade de olika materialens gränssnitt, vilket innebär att magnetiseringen skedde i en given riktning. Genom att balansera de olika skiktens anisotropier, forskarna kunde effektivt undertrycka den ogynnsamma olinjära dämpningen och därmed uppnå koherenta snurrvågor - dvs. vågor vars frekvens och vågform är desamma och som därför har en fast fasskillnad. Detta gjorde det möjligt för forskarna att uppnå fullständig dämpningskompensation i magnetsystemet, så att vågorna kan sprida sig rumsligt.

Forskarna förväntar sig att deras nya tillvägagångssätt kommer att ha en betydande inverkan på framtida utveckling inom magnonics och spintronics. "Våra resultat öppnar en väg för implementering av spin Hall -oscillatorer som kan generera mikrovågssignaler med tekniskt relevanta effektnivåer och koherens, "betonar Boris Divinskiy, en doktorsexamen student vid Institute for Nonlinear Magnetic Dynamics vid Münster University och första författare till studien.