Of het nu gaat om een ​​smartphone, computer of dialysemachine - er is geen elektronisch apparaat zonder chips en hun elektronische componenten erin. De afzonderlijke schakelelementen worden daarom vaak bedraad met behulp van driedimensionale zogenaamde brugconstructies. Momenteel, natuurkundigen van de Technische Universität Kaiserslautern (TUK) werken aan een efficiëntere variatie, waar specifieke quasideeltjes genaamd magnons in plaats van elektronen worden gebruikt. Ze hebben voor het eerst laten zien, in een eerste model, dat magnon-stroom mogelijk is in een geïntegreerd magnon-circuit, in dat geval worden de componenten slechts tweedimensionaal verbonden. Deze onderzoeken zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Er kwam een ​​technische revolutie toen de Amerikaanse ingenieur Jack Kilby in de jaren zestig de geïntegreerde schakeling ontwikkelde. Aanvankelijk geassembleerd in een zakrekenmachine. "Deze circuits vormden vervolgens het toneel voor de hedendaagse consumentenelektronica, ", zegt universitair hoofddocent Andrii Chumak.

In de huidige studie, de hoofdauteur Qi Wang werkte aan een nieuwe generatie circuits. "Informatie kan worden getransporteerd in de vorm van intrinsiek impulsmoment, " zegt Chumak. "Deze kwantumdeeltjes zijn magnonen."

Ze kunnen aanzienlijk meer informatie transporteren in vergelijking met elektronen en hebben aanzienlijk minder energie nodig, en produceren minder verspilde warmte. Dit maakt ze nogal interessant, bijvoorbeeld voor snellere en efficiëntere computers, vooral in mobiele toepassingen.

In het nu gepubliceerde onderzoek de wetenschappers hebben voor het eerst de magnon-geïntegreerde schakeling beschreven waarin informatie door deze deeltjes wordt gedragen. In dit geval, geleiders en lijnkruisingen verbinden de afzonderlijke schakelelementen, zoals in het geval van elektronische schakelingen. De onderzoekers hebben in hun simulaties zo'n knooppunt voor magnons ontwikkeld. "We hebben dit fenomeen in onze berekeningen opgenomen, die al bekend is in de natuurkunde, en zal voor het eerst in magnonics worden toegepast, ", zegt Qi Wang. "Als twee magnongeleiders dicht bij elkaar worden geplaatst, de golven communiceren tot op een bepaald punt met elkaar. Dit betekent dat de energie van de golven van de ene geleider naar de andere wordt overgedragen." Dit wordt al geruime tijd gebruikt in optische toepassingen.

Het team onder leiding van Chumak gebruikte deze methode voor de bedrading van circuitelementen op een magnonische chip op een nieuwe manier. Opmerkelijk, ze kunnen worden gebruikt voor knooppunten zonder driedimensionale brugconstructie. Dit is nodig in de klassieke elektronica om de elektronenstroom tussen verschillende elementen te garanderen. "In onze kringen we gebruiken tweedimensionale verbindingen waarbij de magnongeleiders alleen maar dicht genoeg bij elkaar hoeven te worden geplaatst, ", zegt Qi Wang. Dit aansluitpunt wordt een directionele koppelaar genoemd. De onderzoekers zijn nu van plan om met behulp van dit model het eerste magnonische circuit te ontwerpen.

Deze nieuwe circuits kunnen aanzienlijk bijdragen aan het besparen van materiaal en, daarom, kosten. In aanvulling, de grootte van de gesimuleerde componenten valt binnen het nanometerregime, die vergelijkbaar is met moderne elektronische componenten; echter, de informatiedichtheid met behulp van magnonen is aanzienlijk groter.