Todimensionelt kredsløb med magnetiske kvasipartikler

Uanset om det er en smart telefon, computer eller dialysemaskine – der er ingen elektronisk enhed uden chips og deres elektroniske komponenter indeni. De enkelte kredsløbselementer er derfor ofte forbundet med tredimensionelle såkaldte brokonstruktioner. I øjeblikket, fysikere ved Technische Universität Kaiserslautern (TUK) arbejder på en mere effektiv variation, hvor specifikke kvasipartikler kaldet magnoner i stedet for elektroner bliver brugt. De har vist for første gang, i en indledende model, at magnonstrømmen er mulig i et integreret magnonkredsløb, i hvilket tilfælde komponenterne kun forbindes todimensionalt. Disse undersøgelser er blevet offentliggjort i Videnskabens fremskridt .

En teknisk revolution kom, da den amerikanske ingeniør Jack Kilby udviklede det integrerede kredsløb i 1960'erne. Oprindeligt samlet i en lommeregner. "Disse kredsløb satte så scenen for nutidens forbrugerelektronik, "siger lektor Andrii Chumak.

I den aktuelle undersøgelse, hovedforfatteren Qi Wang arbejdede på en ny generation af kredsløb. "Information kan transporteres i form af iboende vinkelmomentum, " siger Chumak. "Disse kvantepartikler er magnoner."

De kan transportere betydeligt mere information sammenlignet med elektroner og kræver væsentligt mindre energi, samt producere mindre spildvarme. Dette gør dem ret interessante, for eksempel til hurtigere og mere effektive computere, især i mobile applikationer.

I den nu offentliggjorte undersøgelse, forskerne har for første gang beskrevet det integrerede magnon-kredsløb, hvori information bæres af disse partikler. I dette tilfælde, ledere og linjekrydsninger forbinder de enkelte koblingselementer, som i tilfældet med elektroniske kredsløb. Forskerne har udviklet et sådant kryds for magnoner i deres simuleringer. "Vi har inkluderet dette fænomen i vores beregninger, som allerede er velkendt i fysik, og vil blive anvendt for første gang i magnonics, " siger Qi Wang. "Når to magnonledere er placeret tæt sammen, bølgerne kommunikerer til et bestemt punkt med hinanden. Det betyder, at energien fra bølgerne vil blive overført fra den ene leder til den næste." Dette har været brugt i optiske applikationer i et stykke tid.

Holdet ledet af Chumak udnyttede denne metode til ledningsføring af kredsløbselementer på en magnonisk chip på en ny måde. Især de kan bruges til vejkryds uden nogen tredimensionel brokonstruktion. Dette er nødvendigt i klassisk elektronik for at garantere strømmen af ​​elektroner mellem flere elementer. "I vores kredsløb, vi bruger todimensionale forbindelser, hvor magnonlederne kun skal placeres tæt nok på hinanden, " siger Qi Wang. Dette forbindelsespunkt omtales som en retningskobler. Forskerne har nu til hensigt at layoute det første magnoniske kredsløb ved hjælp af denne model.

Disse nye kredsløb kunne bidrage væsentligt til at spare materiale og, derfor, koste. Ud over, størrelsen af ​​de simulerede komponenter er inden for nanometerregimet, som kan sammenlignes med moderne elektroniske komponenter; imidlertid, informationstætheden ved hjælp af magnoner er væsentligt større.