Magnonen statt Elektronen im Computer der Zukunft

Magnotik statt Elektronik? Physiker der TU Kaiserslautern schlagen die Anwendung von Magnonen anstelle von Elektronen in der Informationsverarbeitung vor. [...]

Schematischer Aufbau des Magnonentransistors: Der Fluss der Magnonen von der Transistor-Quelle zur Senke (blaue Kugeln) wird durch die Magnonen kontrolliert
Schematischer Aufbau des Magnonentransistors: Der Fluss der Magnonen von der Transistor-Quelle zur Senke (blaue Kugeln) wird durch die Magnonen kontrolliert

Die Störung der lokalen magnetischen Ordnung kann sich in einem Material wie eine Welle ausbreiten. Diese Welle nennt man Spinwelle und ihre kleinste physikalische Einheit ist das Magnon. Physiker der TU Kaiserslautern schlagen jetzt die Anwendung von Magnonen anstelle von Elektronen in der Informationsverarbeitung vor. Diese Technologie soll den Zugang zu einer neuen Generation von Computern eröffnen, bei denen Datenverarbeitung ohne die Bewegung realer Partikel wie eben Elektronen erfolgt. Der Vorteil: Weniger Bewegung bedeutet zugleich auch die Verminderung von Hitzeverlusten und folglich geringeren Energieverbrauch. Außerdem sollen die besonderen Eigenschaften von Magnonen bei den neuen Datenverarbeitungskonzepten zu einer drastischen Zunahme von Geschwindigkeit und Effizienz führen.

In einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, haben die Kaiserslauterer Wissenschaftler einen Transistor entwickelt, der einzig mit Magnonen funktioniert. Dieser Transistor wurde erstmalig vorgeschlagen, experimentell erforscht und als Prototyp vorgestellt. In dem Bauteil mit drei Anschlüssen konnte durch das Einbringen von Magnonen am Gatter die Dichte der Magnonen beim Fluss von der Quelle zur Senke auf ein Tausendstel reduziert werden. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Magnonenströmen war so effizient wegen ihrer starken natürlichen Nichtlinearität. Dies wurde durch die Verwendung eines künstlichen magnetischen Materials, eines magnonischen Kristalls, noch weiter verstärkt. Das hier gezeigte physikalische Konzept der gegenseitigen Kontrolle von Magnonen soll in der Zukunft bei der Entwicklung von magnetischen Prozessoren auf der Basis eines einzelnen Chips genutzt werden können. Mit diesem magnonischen System könnten dann Datenmengen im Terabyte-Bereich verarbeitet werden.

Das Forscherteam besteht aus Andrii Chumak, Alexander Serga und Burkard Hillebrands vom Landesforschungszentrum Optik und Materialwissenschaften (OPTIMAS) der TU Kaiserslautern. (pi/rnf)


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