Magnetisme biedt nieuwe manieren om krachtigere en energiezuinigere computers te maken, maar de realisatie van magnetisch computergebruik op nanoschaal is een uitdagende taak. Een gezamenlijk team uit Kaiserslautern meldt een cruciale vooruitgang op het gebied van ultralage vermogensberekening met behulp van magnetische golven. Jena en Wenen in het journaal Nano-letters .

Een lokale verstoring in de magnetische orde van een magneet kan zich in de vorm van een golf over een materiaal voortplanten. Deze golven staan ​​bekend als spingolven en de bijbehorende quasi-deeltjes worden magnonen genoemd. Wetenschappers van de Technische Universität Kaiserslautern, Innovent e.V. Jena en de Universiteit van Wenen staan ​​bekend om hun expertise op het gebied van onderzoek genaamd 'magnonics, ' die magnons gebruikt voor de ontwikkeling van nieuwe soorten computers, mogelijk een aanvulling op de conventionele op elektronen gebaseerde processors die tegenwoordig worden gebruikt.

"Een nieuwe generatie computers die magnonen gebruiken, zou krachtiger kunnen zijn en bovenal, verbruiken minder energie. Een belangrijke voorwaarde is dat we in staat zijn om te fabriceren, zogenaamde single-mode golfgeleiders, waarmee we geavanceerde golfgebaseerde signaalverwerkingsschema's kunnen gebruiken, " zegt Junior Professor Philipp Pirro, een van de leidende wetenschappers van het project. "Dit vereist dat de afmetingen van onze structuren in het nanometerbereik worden geduwd. De ontwikkeling van dergelijke leidingen opent, bijvoorbeeld, een toegang tot de ontwikkeling van neuromorfe computersystemen geïnspireerd door de functionaliteiten van het menselijk brein."

Echter, het terugschalen van magnonische technologie naar nanoschaal is een uitdaging:"Een veelbelovend materiaal voor magnonische toepassingen is Yttrium Iron Garnet (YIG). YIG is een soort 'nobel magnetisch materiaal' omdat magnonen er ongeveer honderd keer langer in leven dan in andere materialen , " zegt professor Andrii Chumak van de Universiteit van Wenen, de projectleider. "Maar alles heeft zijn prijs:YIG is erg complex en moeilijk te hanteren als je er kleine structuren van probeert te maken. Dat is de reden waarom YIG-structuren decennia lang millimetergroottes hadden, en pas nu zijn we erin geslaagd om naar 50 nanometer te gaan, dat is ongeveer 100, 000 keer kleiner."

Voor deze, een speciale nieuwe technologie werd ontwikkeld in het Nano Structuring Center van de Technische Universität Kaiserslautern met behulp van YIG-films die zijn gegroeid door medewerker Dr. Carsten Dubs van Innovent e.V. van Jena. Een dunne metalen laag, een masker genoemd, is gefabriceerd bovenop de YIG, waardoor het grootste deel van de film wordt belicht. Vervolgens wordt het monster gebombardeerd door een krachtige stroom argonionen, die de onbeschermde delen van YIG verwijdert, terwijl het materiaal onder het masker onaangeroerd blijft. Daarna, het metalen masker wordt verwijderd, het onthullen van een 50nm dunne strook van de afgewerkte YIG.

"Cruciaal voor het succes van het hele proces was het vinden van de juiste materialen voor het masker, om erachter te komen wat de dikte moet zijn en om tientallen verschillende parameters af te stemmen om de eigenschappen van YIG te bewaren, " zegt Björn Heinz, de hoofdauteur van het artikel. "Na jaren van onderzoek, we hebben eindelijk gevonden wat we zochten in de combinatie van chroom- en titaniumlagen."

De breedte van de YIG-structuur is ongeveer duizend keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar. Na de succesvolle structurering, de wetenschappers bleven de verspreiding van magnons bestuderen om te evalueren of de YIG-structuren van nanoformaat de superieure materiaaleigenschappen van de YIG-films behielden.

"We konden aantonen dat het structureringsproces slechts een kleine impact had op de fantastische eigenschappen van dit materiaal, "zegt Heinz. "Bovendien, we konden experimenteel bewijzen dat magnons efficiënt informatie over lange afstanden in de leidingen kunnen vervoeren, zoals eerder theoretisch was voorspeld. Deze resultaten zijn een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van magnonische circuits en bewijzen de algemene haalbaarheid van op magnon gebaseerde gegevensverwerking."