TU Kaiserslautern Transistor für magnetische Prozessoren vorgestellt

Schematischer Aufbau des Magnonentransistors: Der Fluss der Magnonen von der Quelle zur Senke (blaue Kugeln) wird durch die Magnonen kontrolliert, die am Gatter eingebracht werden (rote Kugeln). Es konnte die starke Abnahme sowie der komplette Stopp des Magnonenflusses experimentell gezeigt werden.
Schematischer Aufbau des Magnonentransistors: Der Fluss der Magnonen von der Quelle zur Senke (blaue Kugeln) wird durch die Magnonen kontrolliert, die am Gatter eingebracht werden (rote Kugeln). Es konnte die starke Abnahme sowie der komplette Stopp des Magnonenflusses experimentell gezeigt werden.

Forscher an der TU Kaiserslautern haben einen Transistor entwickelt, der nur mit Magnonen statt Elektronen arbeitet. Dies könnte zu einer neuen Generation von Computern mit magnetischen Prozessoren führen, bei denen Datenverarbeitung ohne die Bewegung realer Partikel wie eben Elektronen erfolgt.

Die Störung der lokalen magnetischen Ordnung kann sich in einem Material wie eine Welle ausbreiten. Diese Welle nennt man Spinwelle und ihre kleinste physikalische Einheit ist das Magnon. Physiker der TU Kaiserslautern schlagen die Anwendung von Magnonen anstelle von Elektronen in der Informationsverarbeitung vor. Diese Technologie eröffnet den Zugang zu einer neuen Generation von Computern, bei denen Datenverarbeitung ohne die Bewegung realer Partikel wie eben Elektronen erfolgt.

Dadurch sinken die thermischen Verluste und folglich auch der Energieverbrauch. Außerdem könnten die besonderen Eigenschaften von Magnonen bei den neuen Datenverarbeitungskonzepten nach Ansicht der Wissenschaftler dazu führen, dass die Rechengeschwindigkeit und Effizienz drastisch steigt.

Die Kaiserslauterer Wissenschaftler haben einen solchen Transistor entwickelt, experimentell erforscht und als Prototyp vorgestellt. In dem Bauteil mit drei Anschlüssen konnte durch das Einbringen von Magnonen am Gatter die Dichte der Magnonen beim Fluss von der Quelle zur Senke auf ein Tausendstel reduziert werden. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Magnonenströmen war so effizient wegen ihrer starken natürlichen Nichtlinearität. Durch den Einsatz eines künstlichen magnetischen Materials, eines magnonischen Kristalls, ließ sich dieser Effekt noch weiter verstärken.

Das gezeigte physikalische Konzept der gegenseitigen Kontrolle von Magnonen lässt sich in der Zukunft bei der Entwicklung von magnetischen Prozessoren auf der Basis eines einzelnen Chips nutzen. Mit diesem magnonischen System können Datenmengen im Terabyte-Bereich verarbeitet werden.