Of het nu met smartphones is, laptops, of mainframes:de transmissie, verwerken, en de opslag van informatie is momenteel gebaseerd op een enkele klasse materiaal - zoals het was in de begindagen van de informatica, ongeveer 60 jaar geleden. Een nieuwe klasse van magnetische materialen, echter, informatietechnologie naar een nieuw niveau kan tillen. Antiferromagnetische isolatoren maken rekensnelheden mogelijk die duizend keer sneller zijn dan conventionele elektronica, met aanzienlijk minder verwarming. Componenten kunnen dichter op elkaar worden gepakt en logische modules kunnen zo kleiner worden, die tot nu toe beperkt is gebleven door de toegenomen verwarming van de huidige componenten.

Informatieoverdracht bij kamertemperatuur

Tot dusver, het probleem was dat de informatieoverdracht in antiferromagnetische isolatoren alleen werkte bij lage temperaturen. Maar wie wil zijn smartphone in de vriezer leggen om hem te kunnen gebruiken? Natuurkundigen van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) hebben deze tekortkoming nu kunnen wegwerken, samen met experimentatoren van het CNRS/Thales-lab, de CEA Grenoble, en het National High Field Laboratory in Frankrijk, evenals theoretici van het Centre for Quantum Spintronics (QuSpin) aan de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie. "We waren in staat om informatie te verzenden en te verwerken in een standaard antiferromagnetische isolator bij kamertemperatuur - en dit over voldoende lange afstanden om informatieverwerking mogelijk te maken", zei JGU-wetenschapper Andrew Ross. De onderzoekers gebruikten ijzeroxide (α-Fe ₂ O ₃ ), het belangrijkste bestanddeel van roest, als een antiferromagnetische isolator, omdat ijzeroxide wijdverbreid is en gemakkelijk te vervaardigen is.

De overdracht van informatie in magnetische isolatoren wordt mogelijk gemaakt door excitaties van magnetische orde die bekend staan ​​als magnons. Deze bewegen als golven door magnetische materialen, vergelijkbaar met hoe golven over het wateroppervlak van een vijver bewegen nadat er een steen in is gegooid. Eerder, men geloofde dat deze golven circulaire polarisatie moesten hebben om informatie efficiënt te kunnen verzenden. Bij ijzeroxide, een dergelijke circulaire polarisatie treedt alleen op bij lage temperaturen. Echter, het internationale onderzoeksteam was in staat om magnonen over uitzonderlijk lange afstanden te verzenden, zelfs bij kamertemperatuur. Maar hoe werkte dat?

"We realiseerden ons dat in antiferromagneten met een enkel vlak, twee magnons met lineaire polarisatie kunnen elkaar overlappen en samen migreren. Ze vullen elkaar aan om een ​​ongeveer circulaire polarisatie te vormen, " verklaarde Dr. Romain Lebrun, onderzoeker bij het gezamenlijke CNRS/Thales laboratorium in Parijs die voorheen in Mainz werkte. "De mogelijkheid om ijzeroxide bij kamertemperatuur te gebruiken, maakt het een ideale speeltuin voor de ontwikkeling van ultrasnelle spintronische apparaten op basis van antiferromagnetische isolatoren."

Extreem lage demping zorgt voor energiezuinige transmissie

Een belangrijke vraag in het proces van informatieoverdracht is hoe snel de informatie verloren gaat bij het verplaatsen door magnetische materialen. Dit kan kwantitatief worden geregistreerd met de waarde van de magnetische demping. "Het onderzochte ijzeroxide heeft een van de laagste magnetische verzwakkingen die ooit is gemeld in magnetische materialen, " verklaarde professor Mathias Kläui van het JGU Institute of Physics. "We verwachten dat technieken met een hoog magnetisch veld zullen aantonen dat andere antiferromagnetische materialen een vergelijkbare lage demping hebben, wat cruciaal is voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie spintronische apparaten. We streven dergelijke magnetische technologieën met een laag vermogen na in een langdurige samenwerking met onze collega's van QuSpin in Noorwegen en ik ben blij te zien dat er weer een stuk spannend werk voortkomt uit deze samenwerking."

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie .