Rekord-Spinwellen dank Flussquanten
Internationales Team erzielt Magnetfeldausbreitung mit Supraleitern – neue Möglichkeiten für zukünftige Informationssysteme.
Wie durch einen Überschallknall ausgelöst, wurden Spinwellen mit Rekordwellenlängen im benachbarten Magneten angeregt. Dieses Ergebnis eins Teams der TU Braunschweig gemeinsam mit Partnern der TU Huazhong in China, der Goethe-Universität Frankfurt, der Universität Wien und der Université Bordeaux eröffnet Wege zu einer alternativen, energiesparsameren Elektronik.
Spinwellen gelten als Hoffnungsträger für eine neue Form der Elektronik. Statt Elektronen stehen dabei Magnonen im Fokus. Diese quantisierten Einheiten der Spinwellen beschreiben, wie sich die Spinpräzession ausbreitet. Dabei können Magnonen analog zu Elektronen Informationen in einem Leiter übertragen. Allerdings mit viel geringerem Widerstand und damit einem Bruchteil des Energieverbrauchs.
An der TU Braunschweig hat die Arbeitsgruppe „Kryogene Quantenelektronik“ zusammen mit ihren internationalen Partnern jetzt einen neuen Rekord bei der Wellenlänge der angeregten propagierenden Magnonen erzielt. Die Forschenden um Oleksandr Dobrovolskiy nutzten dabei weitere Quasiteilchen, Fluxonen, um die Spinwellen anzuregen. „Fluxonen bewegen sich als magnetische Flussquanten eines Supraleiters mit bis zu zehn Kilometern pro Sekunde. Uns ist es gelungen, mit den ultraschnellen Fluxonen eine Spinwelle in einem benachbarten Magneten anzuregen“, erklärt Dobrovolskiy. „Diesen Effekt kann man sich ähnlich vorstellen wie die Bugwelle, die ein Schnellboot im Wasser erzeugt. Nur ist unser Boot so schnell, dass es regelrecht zu einer Art Überschallknall kommt.“
Verborgene Harmonien
Rechnen mit tanzenden Magnonen
Material für Magnonen
Geflochtene Fluxonen
Das Team beobachtete außerdem ein charakteristisches Merkmal dieser Wechselwirkung: eine Shapiro-Stufe in der elektrischen Antwort des Supraleiters. Dieser Effekt zeigt, dass die Bewegung der Fluxonen mit den erzeugten Spinwellen synchronisiert ist – ein Hinweis auf eine kohärente Kopplung zwischen beiden Systemen.
Über die grundlegende Physik hinaus eröffnet diese Entdeckung neue Möglichkeiten für eine Elektronik auf Spinwellen-Basis. „Unsere Ergebnisse könnten den Weg zu kleineren, schnelleren und effizienteren Bauelementen für künftige Informationsverarbeitungssysteme ebnen“, sagt Prof. Dobrovolskiy.
Mit der kürzlich bewilligten Weiterförderung des Excellenzclusters QuantumFrontiers bis 2032 und dem Aufbau moderner Laboreinrichtungen im Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA) an der TU Braunschweig ist die Abteilung für Kryogene Quantenelektronik nun optimal aufgestellt, um hybride Fluxon-Magnon-Systeme auf atomare Dimensionen zu skalieren und Experimente mit einzelnen Quantenanregungen durchzuführen. [TUBS / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
O. V. Dobrovolskiy, Q. Wang, D. Y. Vodolazov, et al., Moving Abrikosov vortex lattices generate sub-40-nm magnons, Nat. Nanotechnol., 16. OKtober 2025; DOI: 10.1038/s41565-025-02024-w - Arbeitsgruppe „Kryogene Quantenelektronik“ (Oleksandr Dobrovolskiy), Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität Braunschweig
- QuantumFrontiers – Licht und Materie an der Quantengrenze, Exzellenzcluster der TU Braunschweig
