Dämpfung von Spinwellen erfolgreich kompensiert
Neue Methode zum Einsatz von Spinwellen in magnetischen Materialien.
Um einzelne Bauteile etwa von Mobiltelefonen oder Computern weiter miniaturisieren zu können, gelten derzeit magnetische Wellen als vielversprechende Alternative zur Datenübertragung mittels elektrischer Ströme. Denn bei immer kleiner werdenden Chips stößt die elektrische Datenübertragung irgendwann an ihre Grenzen, weil Elektronen viel Wärme abgeben, was wiederum die physikalischen Abläufe stört. Hochfrequente magnetische Wellen können sich dagegen auch in kleinsten Nanostrukturen ausbreiten und so Informationen übertragen und verarbeiten. Als physikalische Grundlage dient dabei der Spin der Elektronen im Trägermaterial. Allerdings sind Spinwellen in der Mikroelektronik bisher nur eingeschränkt nutzbar, bedingt durch die Dämpfung, die auf die Spinwellen einwirkt und sie schwächt.
Forscher der Uni Münster haben jetzt einen neuen Ansatz entwickelt, mit dem sich unerwünschte Dämpfungen beseitigen und Spinwellen dadurch besser einsetzen lassen. „Unsere Ergebnisse zeigen einen neuen Weg für die Anwendung von effizienten spingetriebenen Bauteilen auf“, sagt Vladislav Demidov von der Uni Münster. Der neue Ansatz kann für zukünftige Entwicklungen in der Mikroelektronik, aber auch für die weitere Erforschung von Quantentechnologien und neuartigen Computerverfahren relevant sein.
Die beste Möglichkeit, die störende Dämpfung von Spinwellen elektronisch zu kompensieren, ist der Spin-
In ihrem Experiment platzierten die Wissenschaftler der Uni Münster wenige Nanometer dünne Magnetplatten aus Mu-Metall oder aus Kobalt und Nickel auf einer ebenfalls sehr dünnen Schicht aus Platin. An den Grenzflächen der verschiedenen Materialien wirkten magnetische Anisotropien. Durch das Ausbalancieren der Anisotropien der verschiedenen Schichten konnten die Forscher die ungünstige nichtlineare Dämpfung effizient unterdrücken und dadurch kohärente Spinwellen erreichen – also Wellen, deren Geschwindigkeit und Frequenz gleich ist und die dadurch eine feste Phasenverschiebung haben. Dadurch erreichten die Wissenschaftler eine vollständige Dämpfungskompensation im Magnetsystem, wodurch sich die Wellen räumlich ausbreiten konnten.
Die Wissenschaftler erwarten, dass ihr neuer Ansatz einen signifikanten Einfluss auf zukünftige Entwicklungen in der Magnonik und Spintronik hat. „Unsere Ergebnisse eröffnen einen Weg für den Einsatz von Spin-
WWU / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung:
B. Divinskiy et al.: Controlled nonlinear magnetic damping in spin-Hall nano-devices, Nat. Commun. 10, 5211 (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-13246-7 - Nichtlineare magnetische Dynamik (S.O. Demokritov), Institut für angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster