Schematischer Aufbau des Magnonentransistors: Der Fluss der Magnonen von der Transistor-Quelle zur Senke (blaue Kugeln) wird durch die Magnonen kontrolliert, die am Gatter eingebracht werden (rote Kugeln).
Chumak, Serga, Hillebrands
Mit Magnonen wollen Physiker künftig neuartige Transistoren schalten. Weil Elektronen dafür nicht mehr benötigt werden, hoffen Forscher, mit diesem magnonischen System bald Datenmengen im Terabyte-Bereich verarbeitet zu können.
Elektronen waren gestern. Physiker der TU Kaiserslautern experimentieren mit Magnonen, um damit Transistoren für künftige Computer zu schalten. Ein Magnon ist die kleinste physikalische Einheit einer sogenannten Spinwelle wie sie Springer-Autor Frank Gräbner in Kapitel Nanomaterialien erklärt. Und die breitet sich infolge einer Störung der lokalen magnetischen Ordnung in einem Material aus. Ersten Untersuchungen zufolge halten die Forschen Dr. Andrii Chumak, Dr. Alexander Serga und Prof. Dr. Burkard Hillebrands vom Landesforschungszentrum Optik und Materialwissenschaften (OPTIMAS) der TU Kaiserslautern, die Anwendung von Magnonen anstelle von Elektronen in der Informationsverarbeitung für geeignet.
Sie sind davon überzeugt, dass „diese Technologie den Zugang zu einer neuen Generation von Computern eröffnet, bei denen Datenverarbeitung ohne die Bewegung realer Partikel wie eben Elektronen erfolgt. Dies geht mit einer Verminderung von Hitzeverlusten und folglich geringerem Energieverbrauch einher“. Darüber hinaus führen die besonderen Eigenschaften von Magnonen bei den neuen Datenverarbeitungskonzepten zu einer drastischen Zunahme von Geschwindigkeit und Effizienz.
Transistor funktioniert mit
Einer Studie zufolge, die die Kaiserslauterer Wissenschaftler vor kurzem veröffentlicht haben, wurde ein Transistor entwickelt, der einzig mit Magnonen funktioniert. In dem Bauteil mit drei Anschlüssen konnte durch das Einbringen von Magnonen am Gatter die Dichte der Magnonen beim Fluss von der Quelle zur Senke auf ein Tausendstel reduziert werden. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Magnonenströmen war so effizient wegen ihrer starken natürlichen Nichtlinearität. Dies wurde durch die Verwendung eines künstlichen magnetischen Materials, eines magnonischen Kristalls, noch weiter verstärkt.
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Das physikalische Konzept der gegenseitigen Kontrolle von Magnonen wird in der Zukunft bei der Entwicklung von magnetischen Prozessoren auf der Basis eines einzelnen Chips genutzt werden können. Die Physiker sind davon überzeugt, dass mit diesem magnonischen System Datenmengen im Terabyte-Bereich verarbeitet werden können.