Opdagelse af nye egenskaber ved magnetisme, der kan ændre vores computere

Moderne computere bruger elektroner til at behandle information, men dette design begynder at nå teoretiske grænser. Det kunne dog lade sig gøre at bruge magnetisme i stedet for og dermed fastholde udviklingen af ​​både billigere og kraftigere computere takket være arbejde fra forskere fra Niels Bohr Institutet (NBI) og Københavns Universitet. Deres undersøgelse er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

"En computers funktion går ud på at sende elektrisk strøm gennem en mikrochip. Mens mængden er lille, vil strømmen ikke kun transportere information, men også bidrage til at varme chippen op. Når man har et stort antal komponenter tæt pakket, bliver varmen et problem. Det er en af ​​grundene til, at vi har nået grænsen for, hvor meget man kan krympe komponenterne. En computer baseret på magnetisme ville undgå problemet med overophedning," siger professor Kim Lefmann, Condensed Matter Physics, NBI.

"Vores opdagelse er ikke en direkte opskrift på at lave en computer baseret på magnetisme. Vi har snarere afsløret en fundamental magnetisk egenskab, som du skal kontrollere, hvis du vil designe en sådan computer."

Kvantemekanikken standser accelerationen

For at forstå opdagelsen skal man vide, at magnetiske materialer ikke nødvendigvis er ensartet orienteret. Med andre ord kan områder med magnetiske nord- og sydpoler eksistere side om side. Disse områder kaldes domæner, og grænsen mellem et nord- og sydpoldomæne er domænevæggen.

Selvom domænevæggen ikke er et fysisk objekt, har den ikke desto mindre flere partikellignende egenskaber. Det er et eksempel på, hvad fysikere omtaler som kvasipartikler, hvilket betyder virtuelle fænomener, der ligner partikler.

"Det er veletableret, at man kan flytte placeringen af ​​domænevæggen ved at påføre et magnetfelt. I første omgang vil væggen reagere på samme måde på et fysisk objekt, som udsættes for tyngdekraften og accelererer, indtil det rammer overfladen nedenunder. Men andre love gælder for kvanteverdenen," forklarer Kim Lefmann.

"På kvanteniveau er partikler ikke kun objekter, de er også bølger. Det gælder også for en kvasipartikel såsom en domænevæg. Bølgeegenskaberne indebærer, at accelerationen bremses, når væggen interagerer med atomer i omgivelserne. . Snart vil accelerationen stoppe helt, og væggens position vil begynde at svinge."

Schweizisk hypotese gav inspiration

Et lignende fænomen ses for elektroner. Her er det kendt som Bloch-oscillationer opkaldt efter den amerikansk-schweiziske fysiker og nobelprismodtager Felix Bloch, der opdagede det i 1929.

I 1996 foreslog schweiziske teoretiske fysikere, at en parallel til Bloch-oscillationer muligvis kunne eksistere i magnetisme. Nu – lidt mere end et kvart århundrede senere – lykkedes det Kim Lefmann og hans kolleger at bekræfte denne hypotese.

Forskerholdet har undersøgt bevægelsen af ​​domænevægge i det magnetiske materiale CoCl₂ ∙ 2D₂ O.

"Vi har længe vidst, at det ville være muligt at verificere hypotesen, men vi forstod også, at det ville kræve adgang til neutronkilder. Enestående er det, at neutroner reagerer på magnetiske felter, selvom de ikke er elektrisk ladede. Det gør dem ideelle til magnetiske undersøgelser," fortæller Kim Lefmann.

Boost til forskning i magnetik

Neutronkilder er videnskabelige instrumenter i stor skala. På verdensplan findes der kun omkring tyve faciliteter, og konkurrencen om stråletid er hård. Teamet har først nu formået at få nok data til at tilfredsstille Nature Communications redaktører.

"Vi har haft stråletid på henholdsvis NIST i USA og ILL i Frankrig. Heldigvis vil betingelserne for magnetisk forskning forbedres meget, efterhånden som ESS (European Spallation Source, red.) bliver operationel i Lund, Sverige. Ikke kun vores chancer vil for stråletiden bliver bedre, da Danmark er medejer af anlægget. Kvaliteten af ​​resultaterne bliver cirka 100 gange bedre, fordi ESS bliver en ekstremt kraftig neutronkilde," siger Kim Lefmann.

For at præcisere understreger han, at selvom kvantemekanik er involveret, ville en computer baseret på magnetisme ikke være en type kvantecomputer. "I fremtiden forventes kvantecomputere at kunne klare ekstremt komplicerede opgaver. Men selv da vil vi stadig få brug for konventionelle computere til den mere almindelige computer. Det er her computere baseret på magnetisme kan blive relevante alternativer lige så bedre end nuværende computere. ." + Udforsk yderligere

Forskere skaber mærkelige kvante-"domænevægge" i laboratoriet