Voor de eerste keer, onderzoekers zijn erin geslaagd om zogenaamde spingolf-boventonen te produceren. De technologie maakt de weg vrij voor het verhogen van de datatransmissiesnelheid van draadloze communicatie.

Spintronic-oscillatoren zijn nanocomponenten waarin spingolven worden gebruikt om microgolfsignalen in het gigahertz-bereik te genereren. Spinwave boventonen zijn te vergelijken met de boventonen (flageolets) die in de muziek gebruikt worden.

"Bijvoorbeeld, een ervaren violist weet precies waar hij de vinger voorzichtig op de snaar moet plaatsen om de grondfrequentie te dempen en in plaats daarvan de snaar te laten oscilleren met een van zijn vele boventonen. Dit maakt het mogelijk om tonen te spelen die veel hoger zijn in frequentie dan de grondtoon van de snaar, " zegt Johan Åkerman, een professor aan de Universiteit van Göteborg.

Samen met collega's in Göteborg en Portugal, hij heeft nu laten zien hoe je dergelijke boventonen op nano-niveau kunt spelen en versterken. De onderzoekers hebben spintronische oscillatoren gemaakt die spingolfsignalen in verschillende stappen versterken.

Verrassende resultaten

Tot verbazing van de onderzoekers hun nieuwe oscillatoren bleken een volkomen onverwacht en nieuw fenomeen te zijn.

Toen de onderzoekers de aandrijfstroom verhoogden, het signaal vertoonde een scherpe sprong in frequentie:eerst, van de grondfrequentie van 9 GHz naar 14 GHz en dan een tweede sprong naar 20 GHz.

"De resultaten zijn consistent met John Slonczewski's vergeten theoretische voorspellingen van spingolf-boventonen, ', zegt Akerman.

In een artikel uit 1999 natuurkundige Slonczewski beschreef de basis van spingolven die worden gegenereerd in elektronische spinoscillatoren. Hij vermeldde dat zijn model ook het genereren van veel hogere frequenties ondersteunt met behulp van boventonen.

"Terwijl het artikel van John Slonczewski een snel groeiend onderzoeksveld inspireerde binnen spintronische oscillatoren, er zijn helemaal geen discussies meer geweest over boventonen, noch zijn ze tot nu toe experimenteel getest. Ons experiment laat zien dat het mogelijk is om verschillende boventonen te creëren in spintronische oscillatoren, die extreem grote en snelle frequentiesprongen mogelijk maakt om de datatransmissiesnelheid van draadloze communicatie te verhogen."

De ontdekking maakt het ook mogelijk voor onderzoekers om zeer hoge microgolffrequenties met korte golflengten te genereren voor gebruik in spintronica en magnonics.

"Terwijl de golflengte van de grondtoon ongeveer 500 nanometer is, de golflengte van de gedemonstreerde derde boventoon is slechts 74 nanometer. Toekomstige studies naar kleinere oscillatoren zouden spingolven tot 15 nanometer moeten kunnen genereren met frequenties tot 300 GHz. Daarom is het potentieel voor extreem hoogfrequente spintronica en magnonics enorm, ', zegt Akerman.

Hogere frequentie leidt tot snellere datacommunicatie bij draadloze transmissie, maar het kan ook een betere autoradar bieden voor zelfrijdende auto's

Het artikel is onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie .