Magnonic nano-fibre åbner vejen mod nye typer computere

Magnetisme tilbyder nye måder at skabe mere kraftfulde og energieffektive computere, men realiseringen af ​​magnetisk databehandling på nanoskalaen er en udfordrende opgave. Et kritisk fremskridt inden for beregning af ultralav effekt ved hjælp af magnetiske bølger er rapporteret af et fælles hold fra Kaiserslautern, Jena og Wien i journalen Nano bogstaver .

En lokal forstyrrelse i en magnets magnetiske rækkefølge kan forplante sig hen over et materiale i form af en bølge. Disse bølger er kendt som spin-bølger, og deres tilhørende kvasipartikler kaldes magnoner. Forskere fra Technische Universität Kaiserslautern, Innovent e.V. Jena og universitetet i Wien er kendt for deres ekspertise inden for forskningsfeltet kaldet 'magnonics, ' som bruger magnoner til udvikling af nye typer computere, potentielt komplementerer de konventionelle elektronbaserede processorer, der bruges i dag.

"En ny generation af computere, der bruger magnoner, kunne være mere kraftfulde og, først og fremmest, bruger mindre energi. En væsentlig forudsætning er, at vi er i stand til at fremstille, såkaldte single-mode bølgeledere, som gør os i stand til at bruge avancerede bølgebaserede signalbehandlingssystemer, " siger juniorprofessor Philipp Pirro, en af ​​de førende videnskabsmænd i projektet. "Dette kræver, at vi skubber størrelserne af vores strukturer ind i nanometerområdet. Udviklingen af ​​sådanne ledninger åbner, for eksempel, en adgang til udviklingen af ​​neuromorfe computersystemer inspireret af funktionaliteterne i den menneskelige hjerne."

Imidlertid, nedskaleringen af ​​magnonisk teknologi til nanoskalaen er udfordrende:"Et meget lovende materiale til magnoniske applikationer er Yttrium Iron Granat (YIG). YIG er en slags 'ædelt magnetisk materiale', da magnoner lever i det omkring hundrede gange længere end i andre materialer. , " siger professor Andrii Chumak fra universitetet i Wien, projektlederen. "Men alt har sin pris:YIG er meget kompleks og svær at håndtere, hvis man prøver at lave små strukturer ud af det. Det er grunden til, at YIG-strukturer havde millimeterstørrelser i årtier, og først nu er det lykkedes os at rykke ned til 50 nanometer, hvilket er omkring 100, 000 gange mindre."

For det, en speciel ny teknologi blev udviklet på Nano Structurement Center ved Technische Universität Kaiserslautern ved hjælp af YIG-film dyrket af samarbejdspartner Dr. Carsten Dubs fra Innovent e.V. fra Jena. Et tyndt metallag, kaldet en maske, er fremstillet oven på YIG, efterlader størstedelen af ​​filmen eksponeret. Så bliver prøven bombarderet af en kraftig strøm af argonioner, som fjerner de ubeskyttede dele af YIG, mens materialet under masken forbliver uberørt. Bagefter, den metalliske maske fjernes, afslører en 50 nm tynd strimmel af den færdige YIG.

"Afgørende for succesen af ​​hele processen var at finde de rigtige materialer til masken, for at finde ud af, hvad dens tykkelse skal være, og for at indstille snesevis af forskellige parametre for at gemme egenskaberne for YIG, siger Björn Heinz, avisens hovedforfatter. "Efter flere års undersøgelser, vi fandt endelig, hvad vi ledte efter i kombinationen af ​​krom- og titaniumlag."

Bredden af ​​YIG-strukturen er omkring tusind gange mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår. Efter den vellykkede strukturering, forskerne fortsatte med at studere udbredelsen af ​​magnoner for at vurdere, om YIG-strukturerne i nanostørrelse beholdt YIG-filmenes overlegne materialeegenskaber.

"Vi var i stand til at vise, at struktureringsprocessen kun havde en mindre indflydelse på de fantastiske egenskaber af dette materiale, " siger Heinz. "Desuden, vi var i stand til eksperimentelt at bevise, at magnoner effektivt kan transportere information over lange afstande i ledningerne, som det var forudsagt teoretisk før. Disse resultater er en væsentlig milepæl i udviklingen af ​​magnoniske kredsløb og beviser den generelle gennemførlighed af magnon-baseret databehandling."