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entdeckt_02_2014

TITEL// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 08 09 so an, dass sie eine Welle bilden. Mithilfe solcher Wellen, auch Magnonen genannt, kann Information genauso transportiert werden wie mit fließenden Ladungsträgern. Allerdings ist das Verfahren deutlich schneller und verbraucht viel weni- ger Strom. „Die Magnonik erlaubt eine besonders schnelle Signalverarbeitung “, betont Schultheiß, „wir erreichen damit Frequenzen bis in den Terahertz-Bereich!“ Mit Hilfe der Spinwellen will der Pfälzer ein großes Problem in der Informations- und Kommunikationstechnik angehen: die Hitzeentwicklung von Chips. Moderne Prozessoren müssen immer mehr Daten verarbeiten, deshalb nimmt ihre Frequenz stetig zu, oder es werden mehrkernige Prozessoren verbaut. Dadurch entsteht aber eine große Menge an Abwärme, die mit Lüftern aus dem Computer abgeführt werden muss. „Die elektronische Datenverarbeitung stößt hier langsam an ihre Grenzen“, erläutert Helmut Schultheiß. „Die Leistungsdichte eines 486-Prozessors war ähnlich wie bei einer Kochplatte. Heutige Prozessoren sind schon eher mit der Sonnenoberflä- che vergleichbar!“ Spinwellen sollen helfen, diese Schwierigkeiten zu umgehen. „Wellen können zum einen Energie transportieren“, sagt der Forscher, „man könnte damit Hitze ableiten.“ Ebenso lassen sich Spinwellen aber auch nutzen, um Informationen zu ver- arbeiten und Logikbausteine zu erzeugen. Magnonen können sich – wie Wasser- oder Lichtwellen – ausbreiten und dabei miteinander wechselwirken, sich zum Beispiel auslöschen oder verstärken. „Wir haben auch schon gezeigt, dass man mit Spinwellen einen Schalter realisieren kann“, berichtet Schultheiß. Mit seiner Arbeitsgruppe hat er untersucht, wie sich Spinwellen ausbreiten. Das Ergebnis: Mit einem äußeren Magnetfeld kann man beeinflussen, welchen Weg die Spin- wellen an einer Verzweigung nehmen. Beobachten können die Wissenschaftler das mit einem speziellen Apparat, einem sogenannten Brillouin-Lichtstreu-Mikroskop. Am Dresdner Helmholtz-Zentrum untersuchen Schultheiß und seine Kollegen außerdem verschiedene Wege, um Spinwel- len anzuregen. Dabei experimentieren sie mit einer Nickel- Eisen-Legierung und nutzen zum Beispiel Mikrowellen. „Die Mikrowellenfelder koppeln an die Eigenfrequenzen der Spins im Material an und rufen so eine Spinwelle hervor“, erklärt der Nachwuchsgruppenleiter. Auch über den Spin-Transfer- Torque-Effekt können Magnonen erzeugt werden. Eine Brücke zwischen Photonik und Elektronik In weiteren Versuchen wollen die HZDR-Wissenschaftler untersuchen, ob sich Spinwellen mit Licht anregen lassen – und in Umkehrung dazu, wie man mithilfe von Magnonen Licht manipulieren kann. „Das wäre eine neue Technologie als Brü- cke zwischen Photonik und Elektronik“, bekräftigt Schultheiß. Hier sieht er dringenden Bedarf. Denn an der Schnittstelle zwischen Datenverarbeitung über Elektronik und Kommunika- tion über Laser und Glasfaserkabel besteht ein Engpass, da die Frequenzen und Wellenlängen sich stark unterscheiden. „Mithilfe von Spinwellen können wir Photonen kontrollieren und steuern.“ MITTENDRIN: Zur Erforschung von statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften untersuchen Forscher an diesem Gerät die sogenannte ferromagnetische Resonanz. Foto: Oliver Killig

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