Überschall-Magnet-Knall
Beim „Spin-Tscherenkov-Effekt“ entstehen Fronten von Spinwellen in magnetischen Materialien, wie Berechnungen zeigen.
Die Computer der Zukunft sollen schneller rechnen und weniger Energie verbrauchen. Möglich wird dies, wenn anstelle der Ladung von Elektronen ihr magnetisches Moment – der Spin – zur Datenverarbeitung genutzt wird. Elektronen müssen dann nicht mehr fließen, sondern lediglich die Spininformation weitergeben. Forscher aus Jülich, Straßburg und Shanghai haben nun einen für die Umsetzung dieses Konzepts vielversprechenden neuen physikalischen Effekt simuliert. Dabei handelt es sich um eine magnetische Version des bekannten Tscherenkov-Effekts. Mit seiner Hilfe könnten sich Spinwellen mit definierten Frequenzen einfacher als bisher gedacht erzeugen lassen.
Abb.: Spinwellen in einer Permalloy-Schicht von zehn Nanometern Dicke. Der Magnetfeldpuls und seine Bewegungsrichtung sind durch den gelben Würfel und Pfeil markiert. Die orangene Linie markiert die vordere, die rote Linie die hintere Wellenfront. (Bild: FZ Jülich)
Die theoretischen Physiker vom Forschungszentrum Jülich, dem französischen Forschungszentrum CNRS in Straßburg sowie der chinesischen Universität Shanghai zeigten mit Hilfe von Computersimulationen, dass Spinwellen entstehen, wenn ein magnetischer Feldpuls schnell genug an einem magnetischen Material wie Permalloy entlang läuft. „Schnell genug bedeutet, der Puls muss sich schneller bewegen, als sich die Spinwellen im Material ausbreiten können“, erläutert Attila Kákay vom Jülicher Peter Grünberg Institut. „Zur Erzeugung des Pulses stehen eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung“, berichtet der Physiker, „unter anderem elektrischer Strom oder Laserpulse.“
Die Forscher tauften das neue Phänomen „Spin-Tscherenkov-Effekt“. Bei diesem entstehen analog zum herkömmlichen Tscherenkov-Effekt ebenfalls kegelförmige Wellenfronten – allerdings sind sie magnetisch und besitzen eine andere Geometrie: eine Wellenfront läuft dem magnetischen Feldpuls voraus, eine weitere folgt ihm. Die Frequenz der Spinwellen lässt sich durch die Geschwindigkeit einstellen, mit der sich der magnetische Feldpuls bewegt, fanden die Forscher heraus. Dies ist essentiell für eine technische Nutzung.
Die Forscher glauben, dass es sich beim Tscherenkov-Effekt um ein universelles Phänomen handelt. Nach ihren Berechnungen lässt es sich in ganz unterschiedlich geformten Magneten erzeugen, sowohl in dünnen Streifen als auch in Dünnschichtsystemen, aber auch in Bulkmaterialien. Deshalb erwarten sie, dass experimentelle Belege für den Effekt bald erfolgen werden.
FZ Jülich / DE
