Elektronik
Simulierte 2D-Schalt­kreise nut­zen Quanten­teilchen

Statt der drei­dimensio­na­len Brücken­kon­struk­tio­nen in Chips als Schalt­elemente ver­wenden Physi­ker an der TU Kaisers­lautern be­stimm­te Quanten­teilchen, sogenannte Magnonen, die nur zwei­dimensio­nal ver­bun­den werden.

Dabei transportieren Spinwellen Information in Form des Eigendrehimpulses in magnetischen Materialien. Die Quantenteilchen solcher Wellen sind Magnonen. Im Vergleich zu Elektronen können sie wesentlich mehr Informationen übertragen, verbrauchen dabei viel weniger Energie und erzeugen weniger Abwärme.

Der von Qi Wang und Kollegen erstmals beschriebene integrierte magnonische Schaltkreis nutzt folgendes Phänomen: Liegen zwei Magnonenleiter äußerst eng nebeneinander, wird die Energie der Wellen vom einen Leiter auf den anderen übertragen. Dies führt zu einer neuen Verdrahtungsmethode, die bei den Leitungskreuzungen ohne eine dreidimensionale Brückenkonstruktion auskommt. Die „Kontaktstelle“ nennen die Forscher direktionalen Koppler. In künftigen Computerbauteilen ließen sich dadurch Material und Kosten einsparen. Darüber hinaus liegt die Größe der simulierten Bauteile im Nanometerbereich, vergleichbar modernen Chips. Allerdings ist die Informationsdichte bei Magnonen um ein Vielfaches größer.

Den vollständigen Forschungsbericht „Reconfigurable nanoscale spin-wave directional coupler“ gibt es als Volltext im Open-Access-Zugang bei Science Advances.