26. Februar 2019

Spinnwellen für den schnellen Informationstransport

In den vergangenen Jahren kannte die Entwicklung in der elektronischen Datenverarbeitung nur eine Richtung: Die Industrie verkleinerte die Bauteile bis in den Nanometerbereich. Doch langsam stößt dieser Prozess an eine physikalische Grenze. Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) arbeiten deswegen an einer vielversprechenden Alternative. Sie ermöglicht den Informationstransport in kompakteren Mikrochips mithilfe von Spinwellen. In einer internationalen Kooperation gelang es den Wissenschaftlern nun, diese sogenannten Magnonen mit extrem kurzen Wellenlängen zu erzeugen und sie gezielt zu lenken. Wie die Physiker in der Zeitschrift Nature Nanotechnology (DOI: 10.1038/s41565-019-0383-4) erklären, nutzen sie dafür ein natürliches magnetisches Phänomen.

Der Spin und die Spinwelle
Anstatt auf bewegte Ladungen setzen Dr. Sebastian Wintz vom HZDR-Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung und seine Kollegen auf den Spin der Elektronen. Die Elektronen verhalten sich so, als ob sie sich ständig um sich selbst drehen würden, was ein magnetisches Moment erzeugt. In bestimmten magnetischen Materialien, wie etwa in Eisen oder Nickel, sind die Spins für gewöhnlich parallel zueinander ausgerichtet. Wird nun aber die Orientierung der Spins an einem Ort geändert, setzt sich diese Störung über die benachbarten Teilchen fort. Das löst eine Spinwelle aus, in der sich Informationen codieren und weitergeben lassen. „Die Elektronen bleiben in diesem Fall jedoch am Fleck“, beschreibt Wintz den Vorteil. „Es entsteht so kaum Wärme. Spin-basierte Bauteile könnten dadurch wesentlich weniger Energie benötigen.“

Noch sind die Forscher aber nicht im Ziel: Die Wellenlängen müssen kürzer und noch gezielter gesteuert werden können. Doch auch für diese Hürden haben die Physiker neuerdings eine Lösung gefunden. Wie genau sie diesen Schwierigkeiten begegneten, lesen Sie weiter in den Neuigkeiten des HZDR.

 

Foto ©HZDR/Juniks: Eine Spinwelle breitet sich entlang einer magnetischen Domänenwand aus.

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