Magnetismin valjastaminen nopeampaan laskentaan

Delawaren yliopiston insinöörien johtama uusi teoreettinen tutkimus paljastaa, että magnonit, eräänlainen magneettinen spin-aalto, voivat tuottaa havaittavia sähköisiä signaaleja.

Löydökset korostavat mahdollisia tapoja ohjata ja manipuloida magnoneja sähkökenttien avulla ja ehdottavat polkua sähköisten ja magneettisten komponenttien integroimiseksi seuraavan sukupolven laskentateknologioiden mahdollistamiseksi.

Koska magnonit välittävät informaatiota spinien suunnan kautta siirtämättä sähkövarauksia, ne eivät kohtaa vastusta ja kuluttavat paljon vähemmän energiaa.

Uusi tutkimus keskittyi antiferromagneettisiin materiaaleihin, joissa spinit vuorottelevat ylös ja alas. Nämä materiaalit ovat houkuttelevia laskentasovelluksille, koska antiferromagneettien magnonit voivat edetä terahertsitaajuuksilla, noin tuhat kertaa nopeammin kuin ferromagneettien magnonien nopeus. Mutta koska antiferromagneettisten materiaalien kokonaisspin on nolla, antiferromagneettisia magnoneja on erittäin vaikea havaita ja käsitellä.

Tutkimuksen postdoc-tutkija D. Quang To ja hänen kollegansa käyttivät tietokonesimulaatioita selvittääkseen, miten magnonit käyttäytyvät antiferromagneettisissa materiaaleissa. Heidän yllätyksekseen laskelmat paljastivat, että magnonien liike voi tuottaa sähköisiä signaaleja.

”Tulokset ennustavat, että voimme havaita magnoneja mittaamalla niiden luomaa sähköistä polarisaatiota”, vanhempi kirjoittaja Matthew Doty sanoi. ”Vielä jännittävämpää on mahdollisuus, että voisimme käyttää ulkoisia sähkökenttiä, mukaan lukien valokenttiä, magnonien liikkeen ohjaamiseen.

Tulevaisuuden laitteet, jotka korvaavat perinteiset johteet magnon-kanavilla, voisivat siirtää informaatiota tietoa paljon nopeammin ja paljon vähemmällä energianhukalla.”

Tiimi aloitti analysoimalla, mitä tapahtuu, kun materiaalin toinen puoli on kuumempi kuin toinen, jolloin magnonit siirtyvät kuumasta kylmään. Erityisesti he pyrkivät ymmärtämään magnonien ratakulmamomentin seurauksia. Magnetismin aaltojen ympyräliike eroaa niiden eteenpäin suuntautuvasta liikkeestä.

”Kehitimme matemaattisen viitekehyksen ymmärtääksemme, miten ratakulmamomentti vaikuttaa magnonin kulkeutumiseen”, sanoo To, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. ”Havaitsimme, että kun magnonin ratakulmamomentti on vuorovaikutuksessa materiaalin atomien kanssa, se tuottaa sähköisen polarisaation.”

Toisin sanoen liikkuvat antiferromagneettiset magnonit voivat tuottaa mitattavan jännitteen.

Tiimi on aloittanut kokeita ennustettujen vaikutusten varmentamiseksi. He aikovat myös tutkia, miten magnonit vuorovaikuttavat valon kanssa, jotta voidaan selvittää, voidaanko valon ratakulmamomenttia käyttää magnonien kulun tai havainnoinnin ohjaamiseen.

Aiheesta aiemmin:

Magnonien viritystä suoraan valolla

Spinistä varaukseen muunnos ilman magneettisia elektrodeja

Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen