Fysikere bruger antiferromagnetisk rust til at transportere information over lange afstande ved stuetemperatur

Det være sig med smartphones, bærbare computere, eller mainframes:transmissionen, forarbejdning, og opbevaring af information er i øjeblikket baseret på en enkelt klasse af materialer - som det var i datalogiens tidlige dage for omkring 60 år siden. En ny klasse af magnetiske materialer, imidlertid, kunne løfte informationsteknologien til et nyt niveau. Antiferromagnetiske isolatorer muliggør beregningshastigheder, der er tusind gange hurtigere end konventionel elektronik, med betydeligt mindre varme. Komponenter kunne pakkes tættere sammen, og logiske moduler kunne dermed blive mindre, som hidtil har været begrænset på grund af den øgede opvarmning af nuværende komponenter.

Informationsoverførsel ved stuetemperatur

Indtil nu, problemet har været, at informationsoverførslen i antiferromagnetiske isolatorer kun fungerede ved lave temperaturer. Men hvem vil lægge deres smartphones i fryseren for at kunne bruge den? Fysikere ved Johannes Gutenberg Universitet Mainz (JGU) har nu været i stand til at fjerne denne mangel, sammen med eksperimentelle fra CNRS/Thales lab, CEA Grenoble, og National High Field Laboratory i Frankrig samt teoretikere fra Center for Quantum Spintronics (QuSpin) ved det norske universitet for videnskab og teknologi. "Vi var i stand til at overføre og behandle oplysninger i en standard antiferromagnetisk isolator ved stuetemperatur - og gøre det over lange nok afstande til at muliggøre informationsbehandling", sagde JGU -videnskabsmand Andrew Ross. Forskerne brugte jernoxid (α-Fe ₂ O ₃ ), hovedkomponenten i rust, som en antiferromagnetisk isolator, fordi jernoxid er udbredt og let at fremstille.

Overførsel af information i magnetiske isolatorer er muliggjort ved excitationer af magnetisk orden, kendt som magnoner. Disse bevæger sig som bølger gennem magnetiske materialer, ligner, hvordan bølger bevæger sig hen over en dams vandoverflade, efter at en sten er blevet kastet i den. Tidligere har man mente, at disse bølger skal have cirkulær polarisering for effektivt at kunne overføre information. I jernoxid, sådan cirkulær polarisering forekommer kun ved lave temperaturer. Imidlertid, det internationale forskergruppe var i stand til at overføre magnoner over usædvanligt lange afstande, selv ved stuetemperatur. Men hvordan virkede det?

"Vi indså, at i antiferromagneter med et enkelt plan, to magnoner med lineær polarisering kan overlappe og migrere sammen. De supplerer hinanden for at danne en omtrent cirkulær polarisering, "forklarede Dr. Romain Lebrun, forsker ved det fælles CNRS/Thales -laboratorium i Paris, der tidligere arbejdede i Mainz. "Muligheden for at bruge jernoxid ved stuetemperatur gør det til en ideel legeplads til udvikling af ultrahurtige spintroniske enheder baseret på antiferromagnetiske isolatorer."

Ekstremt lav dæmpning muliggør energieffektiv transmission

Et vigtigt spørgsmål i processen med informationsoverførsel er, hvor hurtigt oplysningerne går tabt, når de bevæger sig gennem magnetiske materialer. Dette kan registreres kvantitativt med værdien af ​​den magnetiske dæmpning. "Det undersøgte jernoxid har en af ​​de laveste magnetiske dæmpninger, der nogensinde er blevet rapporteret i magnetiske materialer, "forklarede professor Mathias Kläui fra JGU Institute of Physics." Vi forventer, at teknikker med højt magnetfelt vil vise, at andre antiferromagnetiske materialer har en tilsvarende lav dæmpning, hvilket er afgørende for udviklingen af ​​en ny generation af spintronic -enheder. Vi forfølger sådanne laveffektmagnetteknologier i et langsigtet samarbejde med vores kolleger på QuSpin i Norge, og jeg er glad for at se, at der kommer endnu et spændende stykke arbejde ud af dette samarbejde. "

Forskningen er for nylig blevet offentliggjort i Naturkommunikation .