Kaksiulotteinen piiri magneettisilla kvasipartikkeleilla

Technische Universität Kaiserslauternin (TUK) fyysikot tutkivat rakennetta, jossa käytetään erityisiä kvasipartikkeleita eli magnoneita elektronien sijaan.

"Informaatiota voidaan kuljettaa sisäisen kulmamomentin muodossa", toteaa professori Andrii Chumak. "Nämä kvanttihiukkaset ovat magnoneja."

Tutkijat ovat osoittaneet että magneettivirtaus on mahdollista integroidussa magnonpiirissä, jossa komponentit kytketään vain kaksiulotteisesti.

Magnonit voivat kuljettaa huomattavasti enemmän informaatiota verrattuna elektroneihin ja ne vaativat vähemmän energiaa ja tuottavat siten vähemmän hukkalämpöä. Tämä tekee ne mielenkiintoisiksi, esimerkiksi nopeammille ja tehokkaammille tietokoneille, erityisesti mobiilisovelluksissa.

Tutkimuksen johtava kirjoittaja Qi Wang tutkii näitä uuden sukupolven piirejä ja nyt he ovat ensimmäistä kertaa kuvailleet ns. Magnon-integroitua piiriä, jossa informaatiota kuljetetaan näiden hiukkasten avulla.

Kuten nykyisessäkin elektroniikassa kytkentäelementtien liittämiseen tarvitaan johteita ja linjaristeyksiä ja tutkijat ovat onnistuneet kehittämään tällaisen liitoksen magnoneille kaksiulotteisissa simuloinnissaan.

Kun kaksi magnonjohdetta sijoitetaan melko lähelle toisiaan, aallot kommunikoivat tietyllä tavalla toistensa kanssa, mikä tarkoittaa, että aaltojen energia siirretään yhdestä johteesta toiseen. Tätä on käytetty optiikan sovelluksissa jo jonkin aikaa, esimerkiksi optisten kuitujen välisessä informaationsiirrossa, toteavat tutkijat.

"Piireissämme käytämme kaksiulotteisia liitäntöjä, joissa magnonjohtimet on sijoitettava vain riittävän lähelle toisiaan", toteaa Qi Wang. Tätä liitäntäpistettä kutsutaan suuntaavaksi liitokseksi. Tutkijat aikovat nyt toteuttaa ensimmäisen magnoniikkapiirin tämän mallin avulla.

Tietokoneen osien tulevaisuuden tuottamisessa nämä uudet piirit voivat osaltaan merkittävästi säästää materiaalia ja siten kustannuksia. Sen lisäksi simuloidut komponentit ovat nanometrien mitoissa, joka on verrattavissa nykyaikaisiin elektronisiin komponentteihin; kuitenkin magnoniin liittyvä informaatiotiheys on huomattavasti suurempi.