Logikgatter für Spinwellen

Die Geräte für die Informationsverarbeitung werden immer kleiner und leistungs­fähiger. Elek­trischer Strom mit seiner hohen Abwärme stößt hier an Grenzen. Daher arbeitet die Forschung an Alter­nativen, etwa am Einsatz von Spin­wellen. Erst­mals haben Forscher der TU Kaisers­lautern jetzt Infor­ma­tionen mittels Spin­wellen in einem speziellen Logik­gatter verar­beitet. Solche Techniken könnten das Verar­beiten und Über­tragen von Daten künftig schneller und effi­zienter machen und herkömm­liche Halb­leiter-Techniken ersetzen.

„Ein Spin beschreibt den Eigendrehimpuls eines Quanten­teilchens, etwa bei einem Elektron oder Proton“, sagt Dokto­rand Tobias Fischer von der TU Kaisers­lautern. Die Quanten­teilchen der Spin­wellen, die Magnonen, können mehr Infor­ma­tionen trans­por­tieren als Elek­tronen und dabei deut­lich weniger Energie ver­brauchen und weniger Abwärme erzeugen. Dies macht Spin­wellen für die Anwen­dung inte­ressant. Der Dokto­rand hat nun erst­mals unter­sucht, ob Spin­wellen in einem logischen Gatter verar­beitet werden können.

Das Bauteil hat die Form eines Dreizacks und besteht aus dem Mineral Yttrium-Eisen-Granat, das magne­tisch ist. „In die einzel­nen Zacken werden Spin­wellen einge­speist. Wichtig ist hierbei die Phase, also ob relativ zu einer Refe­renz­zeit gerade ein Wellen­berg oder ein Wellen­tal anliegt“, erklärt Fischer das Prinzip. In der Folge laufen diese Wellen durch alle drei Zacken zum anderen Ende. Am Knoten­punkt des Drei­zacks über­lagern sich die Wellen. Durch diese Inter­fe­renzen kommt es zu einer Ver­schie­bung der Wellen­berge und -täler. Diese Phasen­ver­schie­bungen können die Forscher aus­lesen. Fischers Kollegen hatten diese Wellen bereits zuvor in Simula­tionen unter­sucht. Der Dokto­rand konnte sie jetzt auch im Experi­ment nach­weisen.

TUK / RK