Eclipsing Silicon: Das Aufkommen von Magnon-basierten Computertechnologien
Eine kürzlich durchgeführte Studie hat das Verständnis von Magnonik vorangetrieben, indem gezeigt wurde, wie Magnone nichtlinear interagieren können, was einen wichtigen Schritt in Richtung schnellerer und stabilerer Computertechnologien darstellt.
Die Zukunft der Computertechnologie mit Magnonen erkunden
Eine Vision für die Zukunft der Computertechnologie besteht darin, Schwingungen in magnetischen Feldern - sogenannte Magnone - als grundlegenden Mechanismus zu verwenden. In dieser Anwendung wären Magnone vergleichbar mit Elektrizität als Grundlage für Elektronik.
In herkömmlichen digitalen Technologien werden solche magnonischen Systeme voraussichtlich weitaus schneller sein als heutige Technologien, von Laptops und Smartphones bis hin zur Telekommunikation. Bei der Quantencomputertechnologie könnten die Vorteile der Magnonik nicht nur schnellere Geschwindigkeiten, sondern auch stabilere Geräte umfassen.
Eine kürzlich in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlichte Studie berichtet von einer frühen Entdeckung auf dem Weg zur Entwicklung von magnonischen Computern. Die Forscher erzeugten zwei verschiedene Arten von Wellenbewegungen im Magnetfeld einer dünnen Legierungsplatte, maßen die Ergebnisse und zeigten, dass die Magnone nichtlinear miteinander interagierten. 'Nichtlinear' bezieht sich auf eine Ausgabe, die nicht direkt proportional zur Eingabe ist - eine Notwendigkeit für jede Art von Berechnungsanwendung.
Fortschritte in der Nichtgleichgewichtsphysik
Dies ist eine von vielen laufenden Untersuchungen im Rahmen einer mehrjährigen Zusammenarbeit zwischen Theoretikern und Experimentalphysikern aus verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften. Das Projekt vereint Forscher von der UCLA, dem MIT, der University of Texas in Austin und der University of Tokyo in Japan.
Eine Schlüsseltechnologie hinter diesen Erkenntnissen ist eine fortschrittliche Methode zur Energiezufuhr und -bewertung in Proben mithilfe von Lasern mit Terahertz-Frequenzen. Diese Technik, die aus der Chemie und der medizinischen Bildgebung stammt, wird nur selten zur Erforschung magnetischer Felder eingesetzt.
Laut Prineha Narang, einer Mitautorin der Studie, legt der Einsatz von Terahertz-Lasern eine potenzielle Synergie mit einer zunehmend ausgereiften Technologie nahe. 'Die Terahertz-Technologie selbst hat den Punkt erreicht, an dem wir über eine zweite Technologie sprechen können, die darauf beruht', sagte sie. 'Jetzt ist die Zeit gekommen, um wirklich voranzukommen, denn wir haben sowohl die Technologie als auch einen interessanten theoretischen Rahmen, um Wechselwirkungen zwischen Magnonen zu betrachten.'
Enthüllung nichtlinearer Wechselwirkungen in der Magnonik
Die Forscher applizierten Laserpulse auf eine dünnen Platte aus einer sorgfältig gewählten Legierung mit Yttrium. Ein Magnetfeld wurde in einer bestimmten Weise auf das Yttrium aufgebracht, das nur zwei Arten von Magnonen ermöglichte. Sie konnten die Wechselwirkungen zwischen den beiden Arten messen und feststellen, dass sie nichtlineare Reaktionen hervorrufen konnten.
Mitautor Jonathan Curtis erklärte die Relevanz dieser Ergebnisse: 'Eine eindeutige Demonstration dieser nichtlinearen Wechselwirkung wäre für jede Art von Anwendung im Bereich der Signalverarbeitung wichtig. Durch Mischen von Signalen wie diesem könnten wir zwischen verschiedenen magnetischen Eingangs- und Ausgangssignalen umwandeln, was für ein Gerät, das Informationen magnetisch manipuliert, erforderlich ist.'
Narang betonte die Bedeutung von Nachwuchskräften in der Studie und erklärte, dass talentierte Studenten und Postdocs für ein derart komplexes Vorhaben unerlässlich sind. Die Forschungskooperation wird von verschiedenen staatlichen und privaten Fördergebern unterstützt, darunter das Department of Energy, die Alexander von Humboldt-Stiftung, die Gordon und Betty Moore Foundation, die John Simon Guggenheim Memorial Foundation und die Japan Society for the Promotion of Science.
