In het opkomende gebied van magnon-spintronica, onderzoekers proberen informatie te transporteren en te verwerken door middel van zogenaamde magnon-spinstromen. In tegenstelling tot elektrische stromen, waarop de huidige informatietechnologie is gebaseerd, magnon spinstromen geleiden magnetische momenten. Deze worden gemedieerd door magnetische golven, of magnonen, die zich voortplanten door magnetische materialen. Een fundamentele bouwsteen van magnon-spintronica is magnon-logica, waarmee logische bewerkingen worden verwerkt door de superpositie van spinstromen.

Een internationaal team van natuurkundigen van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) en de Universiteit van Konstanz in Duitsland en de Tohoku Universiteit in Sendai, Japan, is er onlangs in geslaagd een extra element toe te voegen aan de constructieset van magnonlogica. In een zogenaamde spinklepstructuur bestaande uit meerdere ferromagneten, het was mogelijk om aan te tonen dat de detectie-efficiëntie van magnonstromen afhangt van de magnetische configuratie van het apparaat. Over het algemeen, dit stelt onderzoekers in staat om de overdracht of blokkering van binnenkomende informatie te controleren. Het onderzoekswerk is gepubliceerd in het online tijdschrift Natuurcommunicatie met een fellow van de op JGU gebaseerde Graduate School of Excellence Materials Science in Mainz (MAINZ) als eerste auteur.

Het essentiële doel van magnon-spintronica is om elektrische lading als informatiedrager te vervangen door magnons. Onder andere, magnons bieden de mogelijkheid tot wave-based computing, die meer mogelijkheden biedt voor logische gegevensverwerking. Magnons planten zich bovendien voort in magnetische isolatoren met relatief kleine verliezen, die uitzicht biedt op de implementatie van een verbeterde energie-efficiëntie van gegevensverwerking.

De onderzochte spinklepstructuur is een drielagig systeem bestaande uit de isolerende ferromagneet yttrium-ijzergranaat (YIG), het isolerende antiferromagneet kobalt(II)oxide (CoO), en het metallische ferromagneet kobalt (Co):YIG/CoO/Co. Door middel van de oscillerende magnetische velden van bestraalde microgolven, de opzettelijke rotatie van de YIG-magnetisatie wordt geïnduceerd, die een magnon-spinstroom in de CoO uitzendt. In de metalen Co-laag, de magnon-spinstroom wordt omgezet in een laadstroom door het zogenaamde inverse spin Hall-effect, en wordt dus gedetecteerd.

Schakelaarachtig apparaat stuurt of onderdrukt magnonstroom als elektrisch signaal

Het experiment toonde aan dat de amplitude van het gedetecteerde signaal sterk afhangt van de magnetische configuratie van de spinklep. In het geval van antiparallelle uitlijning van de YIG- en Co-magnetisatie, de signaalamplitude is ongeveer 120 procent groter dan in de parallelle toestand. Het herhaaldelijk wisselen van de Co-magnetisatie onthulde verder de robuustheid van het effect en ook de geschiktheid voor langdurig gebruik. "Allemaal samen, dit effect maakt tot op zekere hoogte de implementatie van een schakelaarachtig apparaat mogelijk, die de magnonstroom onderdrukt of doorstuurt als een elektrisch signaal, " zei Joël Cramer, eerste auteur van het artikel en lid van de Graduate School of Excellence Materials Science in Mainz. "Het resultaat van ons experiment is een effect dat toepassing zou kunnen vinden in toekomstige magnon-logica-bewerkingen, daarmee een essentiële bijdrage leverend aan het veld van magnon spintronic, ', voegde Cramer eraan toe.