Miten olisi magnonielektroniikka?

Piirirakenne, joka generoi lähetys- ja vastaanottoantennien välisen magnonisen virran eli spinaallon. Credit: Balandin Lab

Magnonivirtoihin perustuvat laitteet - magnetoitumisen aaltoihin liittyvät kvasihiukkaset tai tietyissä magneettisissa materiaaleissa spinaallot tullevat muuttamaan alan teollisuutta, mutta tutkijoiden on ensin ymmärrettävä paremmin niiden hallintaa.

Kalifornian Riverside yliopiston insinöörit, ovat tehneet merkittävän askeleen kohti käytännön magnonisten piirirakenteiden kehittämistä. He ovat tutkineet ensimmäistä kertaa magnonvirran etenemiseen liittyvää kohinatasoa.

Parempi ymmärrys siitä, kuinka kohinaisia magnonit ovat, auttavat insinöörejä kehittämään parempia piirejä ja laitteita.

Nykyinen tekniikka sähkövirtoja käyttävä tekniikka on tulossa rajalle, jossa niitä ei voi enää tehdä pienemmiksi. Magnoniikka on osa spintroniikkaa ja magnonit voivat edetä tuottamatta paljoakaan lämpöä ja energiaa juurikaan hukkaamatta.

Uudella materiaaliluokalla on magneettisia ominaisuuksia, jotka ovat peräisin spinistä. Yksittäisiä spinaaltojen yksiköitä kutsutaan magnoneiksi. Magnonit eivät ole todellisia hiukkasia, kuten elektronit, mutta ne käyttäytyvät hiukkasina ja niitä voidaan käsitellä sellaisina.

Energian aaltoilu, jota kutsutaan spin-aalloksi, voi liikkua sähköisesti eristävän materiaalin läpi, siirtäen energiaa elektroneja siirtämättä.

Uusi elektroniikkakenttä, jota kutsutaan magnoniikaksi, yrittää luoda rakenteita tietojenkäsittelyyn ja tallennukseen sekä tunnistussovelluksiin, joissa käytetään magnonivirtoja elektronien sijaan. Tutkimusryhmän vetäjä professori Alexander Balandin loi sirun, joka tuotti lähetys- ja vastaanottoantennien välille magnonisen virran eli spinaallon.

Kokeet osoittivat, että magnonit eivät ole erityisen kohisevia pienillä tehotasoilla. Mutta suurilla tehotasoilla kohina muuttui epätavalliseksi ja sitä hallitsivat laajamittaiset vaihtelut, mikä häiritsisi laitteen suorituskykyä. Kohina sinänsä oli huomattavan erilainen kuin elektronien tuottama ja se identifioi rajoituksia siitä kuinka rakentaa magnonisia laitteita.

”Magnonisten laitteiden tulisi toimia mieluiten pienitehoisilla tasoilla”, Balandin sanoi. ”Voidaan sanoa, että magnonien kohina on hienovarainen matalalla teholla, mutta tulee korkeaksi ja diskreetiksi tietyllä tehokynnyksellä. Tämä muodostaa magnonisten laitteiden hienovaraisen viehätyksen. Tuloksemme kertovat myös mahdollisista strategioista, joilla kohinataso pysyy alhaisena.”

Tällä hetkellä Balandinin tutkimusryhmä johtaa kokeita geneerisillä komponenteilla ymmärtääkseen perusteet. Heidän ensimmäiset kokeelliset laitteet ovat suhteellisen suuria. Heidän suunnitelmissa on tutkia magnonikohinan fyysisiä mekanismeja ja testata tällaisten laitteiden alas skaalattua versiota.

Aiheesta aiemmin:

Spin-transistori askeleen lähempänä

Kaksiulotteinen piiri magneettisilla kvasipartikkeleilla