Spin-aaltojen muuttaminen tietotekniikan signaaleiksi

Miltä tulevaisuuden tietokoneet näyttävät? On hyvät mahdollisuudet, että spintroniikalla on ratkaiseva rooli seuraavan sukupolven tietotekniikassa.

Uudemmat lähestymistavat pyrkivät käyttämään yksittäisten spinien lisäksi kokonaisia spinaaltoja, jotka koostuvat sadoista biljoonista spineistä. Näitä kollektiivisia spinvirityksiä kutsutaan magnoneiksi. Ne voisivat mahdollistaa erittäin energiatehokkaan tiedonsiirron – jopa terahertsialueella.

Tähän asti kaikki hyvin. Mutta miten nämä spinaallot voidaan kytkeä nykyteknologiaan? "Jos kehitämme konseptin tietokoneella tehtävien laskelmien suorittamiseksi magnonien avulla, sen on oltava yhteensopiva nykyisen teknologiamme kanssa", sanoo fyysikko Davide Bossini Konstanzin yliopistosta. "Tämän tavoitteen saavuttamiseksi spinaalto on muunnettava sähkövaraussignaaliksi." Tämä spin-varaus-muunnos on yksi spintroniikan suurimmista haasteista.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa saksalais-japanilainen Davide Bossinin vetämä tutkimusyhteistyö osoittaa, kuinka tällainen spin-varaus-muunnos voidaan saavuttaa spinaalloille.

Fyysikot hyödyntävät terahertsialueen magnonien optista ilmiötä: "Tietyissä olosuhteissa spinaaltojen magneettinen signaali voidaan muuntaa optiseksi signaaliksi", Bossini selittää. "Osoitamme, että magnonit voivat myös vaikuttaa materiaalin optisiin ominaisuuksiin. Se on edelleen magneettinen signaali, mutta sillä on mitattavissa olevia optisia ominaisuuksia."

Spin-aallon muuntaminen optiseksi signaaliksi on spin-varaus-muunnosprosessin ensimmäinen puolisko. Seuraavassa vaiheessa optinen signaali voidaan kytkeä elektroneihin, jotka muodostavat perustan varaukselle – sähköiselle signaalille, joka on yhteensopiva nykyisen tietokonetekniikan kanssa.

Davide Bossinin tutkimusryhmälle on ominaista, että he välttävät tarkoituksella eksoottisten materiaalien käyttöä kokeissaan. Bossinille on erittäin tärkeää, että prosessi voidaan helposti toteuttaa teollisissa sovelluksissa ja muiden tutkimusryhmien toimesta. Siksi hän suosii materiaalinäytteinä standardimateriaaleja: kaupallisesti saatavilla olevia lasereita ja tavallisia kiteitä. Kokeet tehtiin 10 kelvinin (-263 celsiusastetta) matalissa lämpötiloissa.

Aiheesta aiemmin

Magnoniikkaa kolmanteen ulottuvuuteen

Magnetismin valjastaminen nopeampaan laskentaan

Magnonien viritystä suoraan valolla