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21.08.2014 - 

Grundlagenforschung

Kaiserslauterner Physiker entwickeln Magnonen-Transistor

Thomas Cloer war viele Jahre lang verantwortlich für die Nachrichten auf computerwoche.de.
Er sorgt außerdem ziemlich rund um die Uhr bei Twitter dafür, dass niemand Weltbewegendes verpasst, treibt sich auch sonst im Social Web herum (auch wieder bei Facebook) und bloggt auf teezeh.de. Apple-affin, bei Smartphones polymorph-pervers.
Computer könnten in Zukunft mit Magnonen statt Elektronen arbeiten und rechnen.

Davon sind jedenfalls Wissenschaftler aus Kaiserslautern überzeugt. Sie haben einen Transistor entwickelt, der einzig mit Magnonen funktioniert. Dieser Transistor wurde erstmalig vorgeschlagen, experimentell erforscht und als Prototyp vorgestellt. Ein Magnon ist die kleinste physikalische Einheit der sogenannten Spinwelle; diese Störung der lokalen magnetischen Ordnung kann sich in einem Material wie eine Welle ausbreiten.

Schematischer Aufbau des Magnonentransistors, es konnte die starke Abnahme sowie der komplette Stopp des Magnonenflusses experimentell gezeigt werden.
Schematischer Aufbau des Magnonentransistors, es konnte die starke Abnahme sowie der komplette Stopp des Magnonenflusses experimentell gezeigt werden.
Foto: Chumak, Serga, Hillebrands

Die Physiker der TU Kaiserslautern schlagen die Anwendung von Magnonen anstelle von Elektronen in der Informationsverarbeitung vor. Diese Technologie eröffne den Zugang zu einer neuen Generation von Computern, bei denen Datenverarbeitung ohne die Bewegung realer Partikel wie eben Elektronen erfolgt, heißt es in einer Mitteilung - dies gehe einher mit weniger Hitzeverlusten und folglich geringerem Energieverbrauch. Außerdem führten die besonderen Eigenschaften von Magnonen bei den neuen Datenverarbeitungskonzepten zu einer drastischen Zunahme von Geschwindigkeit und Effizienz.

Dem Forscherteam aus Andrii Chumak, Alexander Serga und Professor Burkard Hillebrands gelang es mit seinem Bauteil mit drei Anschlüssen, durch Einbringen von Magnonen am Gatter die Dichte der Magnonen beim Fluss von der Quelle zur Senke auf ein Tausendstel zu reduzieren. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Magnonenströmen war wegen ihrer starken natürlichen Nichtlinearität so effizient und wurde durch Verwendung eines künstlichen magnetischen Materials, eines magnonischen Kristalls, noch weiter verstärkt

Das gezeigte physikalische Konzept der gegenseitigen Kontrolle von Magnonen lasse sich in Zukunft bei der Entwicklung von magnetischen Prozessoren auf der Basis eines einzelnen Chips nutzen, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift "Nature" (doi 10.1038/ncomms5700). Mit dem magnonischen System ließen sich Datenmengen im Terabyte-Bereich verarbeiten.

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