Een samenwerkende groep onderzoekers heeft mogelijk een middel ontwikkeld om spingolven te beheersen door een zeshoekig patroon van koperen schijven op een magnetische isolator te creëren. De doorbraak zal naar verwachting leiden tot grotere efficiëntie en miniaturisering van communicatieapparatuur op gebieden als kunstmatige intelligentie en automatiseringstechnologie.

Details van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Applied op 30 januari 2024.

In een magnetisch materiaal zijn de spins van elektronen uitgelijnd. Wanneer deze spins een gecoördineerde beweging ondergaan, genereren ze een soort rimpeling in de magnetische orde, genaamd spingolven. Spingolven genereren weinig warmte en bieden een overvloed aan voordelen voor apparaten van de volgende generatie.

Het implementeren van spingolven in halfgeleidercircuits, die traditioneel afhankelijk zijn van elektrische stromen, zou het energieverbruik kunnen verminderen en een hoge integratie kunnen bevorderen. Omdat spingolven golven zijn, hebben ze de neiging zich in willekeurige richtingen voort te planten, tenzij ze worden gecontroleerd door structuren en andere middelen. Als zodanig worden elementen die in staat zijn om spingolven te genereren, voort te planten, te superponeren en te meten, wereldwijd concurrerend ontwikkeld.

"We hebben gebruik gemaakt van de golfachtige aard van spingolven om hun voortplanting rechtstreeks te controleren", zegt Taichi Goto, universitair hoofddocent aan het Electrical Communication Research Institute van Tohoku University, en co-auteur van het artikel. "We hebben dit gedaan door eerst een uitstekend magnetisch isolatiemateriaal te ontwikkelen, magnetische granaatfilm genaamd, dat lage spingolfverliezen heeft. Vervolgens hebben we periodiek kleine koperen schijven met een diameter van minder dan 1 mm op deze film geplaatst."

Door koperen schijven in een zeshoekig patroon te plaatsen dat op sneeuwvlokken lijkt, konden Goto en zijn collega's de spingolven effectief reflecteren. Bovendien onthulden de onderzoekers, door het magnonische kristal te roteren (weergegeven in figuur 2) en de invalshoek van spingolven te veranderen, dat de frequentie waarbij de magnonische bandafstand optreedt grotendeels onveranderd blijft in het bereik van 10 tot 30 graden. Dit suggereert dat het tweedimensionale magnonische kristal de mogelijkheid heeft om de voortplantingsrichting van spingolven vrijelijk te controleren.

"Tot nu toe zijn er geen experimentele bevestigingen geweest van veranderingen in de invalshoek van de spingolf voor een tweedimensionaal magnonisch kristal bestaande uit een magnetische isolator en koperen schijven, waardoor dit 's werelds eerste rapport is", zegt Goto.

Vooruitkijkend hoopt het team de richtingscontrole van spingolven te demonstreren met behulp van tweedimensionale magnonische kristallen en functionele componenten te ontwikkelen die deze technologie gebruiken.

Meer informatie: Kanta Mori et al., Oriëntatieafhankelijke tweedimensionale magnonische kristalmodi in een ultralaag dempende ferrimagnetische golfgeleider met geherpositioneerde hexagonale roosters van Cu-schijven, Physical Review Applied (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061

Aangeboden door Tohoku Universiteit