Elektronische apparaten zoals transistors worden kleiner en zullen binnenkort de limieten bereiken van conventionele prestaties op basis van elektrische stromen.

Apparaten gebaseerd op magnonische stromen - quasi-deeltjes geassocieerd met magnetisatiegolven, of spingolven, in bepaalde magnetische materialen — zou de industrie transformeren, hoewel wetenschappers beter moeten begrijpen hoe ze deze kunnen beheersen.

Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, rivieroever, hebben een belangrijke stap gezet in de richting van de ontwikkeling van praktische magnonische apparaten door te studeren, Voor de eerste keer, het geluidsniveau dat samenhangt met de voortplanting van magnonstroom.

Lawaai, of fluctuaties in de stroom van een stroom, is een belangrijke maatstaf om te meten of een elektronisch apparaat geschikt is voor praktische toepassingen. Omdat ruis de prestaties van een apparaat verstoort, een beter begrip van hoe luidruchtig magnons zijn, zal ingenieurs helpen betere apparaten te ontwikkelen.

Alle bestaande elektronica is gebaseerd op geleiders van elektriciteit zoals metalen of halfgeleiders. Terwijl elektronen door deze materialen bewegen, ze ervaren verstrooiing, wat resulteert in elektrische weerstand, verwarming, en energieverspilling. Wanneer stroom door een draad of halfgeleider gaat, de onvermijdelijke verwarming veroorzaakt energieverlies. Kleinere apparaten en chips met een hogere dichtheid aan transistoren versnellen het energieverlies door verwarming. Apparaten die conventionele elektronische stromen gebruiken, zijn bijna op het punt waar ze niet kleiner kunnen worden gemaakt.

Een nieuwe klasse materialen heeft magnetische eigenschappen die voortkomen uit spin, een soort aangeboren momentum. Individuele "brokken, " of eenheden van spingolven, worden magnonen genoemd. Magnonen zijn geen echte deeltjes zoals elektronen, maar ze gedragen zich als deeltjes en kunnen als zodanig worden behandeld.

Een rimpeling van energie die een spingolf wordt genoemd, kan door een elektrisch isolerend materiaal bewegen om energie over te brengen zonder elektronen te verplaatsen, zoals mensen die de golf in een stadion doen. Dit betekent dat magnons zich kunnen voortplanten zonder veel warmte te genereren en veel energie te verliezen.

Een nieuw gebied van elektronica, magnonics genaamd, probeert apparaten te maken voor informatieverwerking en -opslag, evenals sensorische toepassingen, met behulp van stromen van magnonen in plaats van elektronen. Hoewel elektronenruis al lang bekend is, niemand heeft magnon-ruis onderzocht - tot nu toe.

Een team onder leiding van Alexander Balandin, een vooraanstaande professor in elektrische en computertechniek aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering van UC Riverside, een chip gemaakt die een magnonische stroom opwekte, of spingolf, tussen zend- en ontvangstantennes.

Experimenten hebben aangetoond dat magnons niet zo luidruchtig zijn bij een laag vermogen. Maar bij hoge vermogens, het geluid werd ongewoon, gedomineerd door brede fluctuaties noemden onderzoekers willekeurige telegraafsignaalruis die de prestaties van een apparaat zou verstoren. Het geluid was merkbaar anders dan dat van elektronen en identificeert beperkingen bij het bouwen van magnonische apparaten.

"Magnonic-apparaten moeten bij voorkeur werken met lage stroomniveaus, Balandin zei. "Je kunt zeggen dat het geluid van magnons discreet is bij een laag vermogen, maar hoog en discreet wordt bij een bepaalde drempel van vermogen. Dit vormt de discrete charme van de magnonic-apparaten. Onze resultaten vertellen ons ook mogelijke strategieën om het geluidsniveau laag te houden."

Zou de ontdekking van ongebruikelijke ruiskarakteristieken de ontwikkeling van magnonische apparaten belemmeren?

"Nee, het doel van informatieverwerking is om naar laag vermogen te gaan, ' zei Balandin.

Voor nu, De onderzoeksgroep van Balandin experimenteert met generieke componenten om de fundamenten te begrijpen. Hun eerste experimentele apparaten zijn relatief groot. Ze zijn van plan om de fysieke mechanismen van magnon-ruis te onderzoeken en een aanzienlijk verkleinde versie van dergelijke apparaten te testen.

De krant, "Het discrete geluid van magnonen, " is een hoofdverhaal in Technische Natuurkunde Brieven , en zal ook op de omslag van een aankomend nummer verschijnen. Naast Balandin, de auteurs zijn Sergey Rumyantsev, Mykhaylo Balinskyy, Fariborz Kargar, en Alexander Khitoen.