Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker demonstrieren erstmals Informationsverarbeitung durch Spinwellen in technischem Bauteil

11.04.2017

Beim Verarbeiten von Informationen spielen Elektronen eine wichtige Rolle. Geräte werden aber immer kleiner und leistungsfähiger. Elektrischer Strom mit seiner hohen Abwärme stößt hier an Grenzen. Daher arbeitet die Forschung an Alternativen, etwa am Einsatz von Spinwellen. Erstmals haben Physiker der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern Informationen mittels Spinwellen in einem speziellen Bauteil, einem besonderen Logikgatter, verarbeitet. Solche Techniken könnten das Verarbeiten und Übertragen von Daten künftig schneller und effizienter machen und herkömmliche Halbleiter-Techniken ersetzen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ veröffentlicht.

Elektrischer Strom wird neuen technischen Anforderungen oft nicht mehr gerecht. Eine Alternative hierfür stellen Spinwellen dar. „Ein Spin beschreibt den Eigendrehimpuls eines Quantenteilchens, etwa bei einem Elektron oder Proton“, sagt Doktorand Tobias Fischer, Erstautor der aktuellen Studie.


Erstmals haben Physiker der TU Kaiserslautern eine Informationsverarbeitung durch Spinwellen in diesem technischem Bauteil demonstriert.

Foto: AG Hillebrands/TU Kaiserslautern

„Es bildet die Grundlage für alle magnetischen Phänomene.“ Die Quantenteilchen der Spinwellen, die Magnonen, können mehr Informationen transportieren als Elektronen und dabei deutlich weniger Energie verbrauchen und weniger Abwärme erzeugen. Dies macht Spinwellen für die Anwendung interessant.

Der Doktorand hat nun erstmals untersucht, ob Spinwellen in einem sogenannten logischen Gatter verarbeitet werden können. Bisher verarbeiten solche Bauteile Informationen mittels elektrischem Strom. Sie kommen zum Beispiel in Computern in Form von Transistoren zum Einsatz. Die Signalkodierung bei einem solchen Logikgatter erfolgt über die Zustände „0“ und „1“.

Das Bauteil der Kaiserslauterer Physiker hat die Form eines Dreizacks und besteht aus dem Mineral Yttrium-Eisen-Granat, das magnetisch ist. „In die einzelnen Zacken werden Spinwellen eingespeist. Wichtig ist hierbei die Phase, also ob relativ zu einer Referenzzeit gerade ein Wellenberg oder ein Wellental anliegt“, erklärt Fischer das Prinzip.

In der Folge laufen diese Wellen durch alle drei Zacken zum anderen Ende ähnlich wie eine Zuschauer-Welle im Fußballstadion. Am Knotenpunkt des Dreizacks überlagern sich die Wellen schließlich. „Durch diese Interferenzen kommt es zu einer Verschiebung der Wellenberge und -täler“, sagt Dr. Andrii Chumak, Mitautor der Studie. „Diese Signale, die sogenannten Phasenverschiebungen, können wir auslesen.“ Fischers Kollegen hatten diese Wellen bereits zuvor in Simulationen untersucht. Der Doktorand konnte diese nun im Experiment nachweisen.

Techniken wie diese könnten künftig das Verarbeiten von Informationen wesentlich schneller und effizienter gestalten, etwa als Alternative für derzeitige Halbleiter-basierte Technologien. „Im Gegensatz zu elektrischem Strom hätte man weniger Verluste durch Abwärme“, nennt Fischer als Vorteil.

Fischer und Chumak forschen am Lehrstuhl für Magnetismus bei Professor Dr. Burkard Hillebrands an der TU Kaiserslautern. Sie arbeiten im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Spin+X – Spin in its collective environment“. Hier untersuchen Forscherteams aus Physik, Chemie, Maschinenbau und Verfahrenstechnik grundlegende magnetische Eigenschaften, Phänomene und Prozesse. Bereits heute sind sie von zentraler Bedeutung für moderne Techniken wie Datenspeicherung und magnetische Sensorik.

Chumak hat zudem für seine Arbeiten auf diesem Gebiet einen ERC Starting Grant – einen der höchsten Forschungspreise der EU – erhalten.

Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“ veröffentlicht: „Experimental prototype of a spin-wave majority gate,“ T. Fischer, M. Kewenig, D. A. Bozhko, A. A. Serga, I. I. Syvorotka, F. Ciubotaru, C. Adelmann, B. Hillebrands, and A. V. Chumak (DOI: 10.1063/1.4979840).

http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4979840

Fragen beantworten:
Tobias Fischer, Dipl.-Phys.
AG Magnetismus, Fachbereich Physik
Tel.: 0631 205-2278
E-Mail: tfischer(at)physik.uni-kl.de

Dr. Andrii Chumak
AG Magnetismus, Fachbereich Physik
Tel.: 0631 205-4203
E-Mail: Chumak(at)physik.uni-kl.de

Marjorie Lägel
AG Magnetismus, Fachbereich Physik
Tel.: 0631 205 5779
E-mail: mlaegel[at]rhrk.uni-kl.de

Melanie Löw | Technische Universität Kaiserslautern
Weitere Informationen:
http://www.uni-kl.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics