NEWS | 22. August 2023
Mit Gadolinium-Gallium-Granat auf dem Weg zum (fast) stromlosen Computer
Magnonische Computer übertragen Information durch magnetische Wellen statt elektrischer Signale. Die Forschung dazu gibt es schon länger, da elektronenbasierte Computer zunehmend an ihre Grenzen stoßen. Realisieren ließen sich die (fast) stromfreien Rechner allerdings noch nicht. Frischen Wind bringt jetzt eine neue Entwicklung der Forschungsgruppe „Nanomagnetismus und Magnonik“ der Universität Wien, bei der Gadolinium-Gallium-Granat (GGG) zum Einsatz kommt.
Schnelle Informationsübertragung durch kurze Wellen
Die zentrale Rolle bei magnonischen Computern spielen magnetische Drehimpulse, die sich wellenförmig über ein Material ausbreiten. Die Quasi-Teilchen dieser Spinwellen nennt man „Magnone“. Die größte Herausforderung bei der Magnonik war es bisher, die Wellenlänge der Spinwellen zu verringern. Denn je kürzer diese ist, desto schneller wird Information übertragen. Bislang konnte die Wellenlänge nur mit sehr komplexen Hybridstrukturen oder einem Synchrotron verkürzt werden, also einem Teilchenbeschleuniger. Da solche Verfahren sehr aufwändig sind, ist die Erforschung magnonischer Computer schon seit einer Weile stagniert.
Intensität ist der Schlüssel
Die Neuentdeckung der Wiener Forschergruppe ist, dass die Wellenlänge der Spinwellen sich über ihre Intensität verändern lässt. Für Leien gut verständlich beschreibt es der Co-Autor der Studie und Leiter des Wieder NonoMag-Teams, Andrii Cumak, mit einer Metapher: „Es ist hilfreich, sich die Methode mit Licht vorzustellen. Wenn man die Wellenlänge des Lichts ändert, ändert sich seine Farbe. Ändert man jedoch die Intensität, ändert sich nur die Leuchtkraft. In diesem Fall haben wir einen Weg gefunden, die Farbe zu ändern, indem wir die Intensität der Spinwellen ändern. Dieses Phänomen ermöglichte es uns, viel kürzere und viel bessere Spinwellen anzuregen.“
Wichtiger Schritt auf dem Weg zu komplexen Systemen
Bisher konnten die Forschenden eine Wellenlänge von 200 Nanometern anregen. Bei Simulationen zeigte sich aber, dass auch noch kürzere Wellenlängen möglich sind. Außerdem gelang es den Wissenschaftlern, Spinwellen mit einer konstanten Amplitude zu erzeugen, was wichtig für die Entwicklung integrierter Schaltungen ist. Diese wiederum sind ein zentrales Element für den Bau komplexerer Systeme und damit letztlich für die Entwicklung eines voll funktionsfähigen Magnon-Computers. Noch ist dieses Ziel nicht erreicht, aber die Reise dorthin geht weiter.
Gallium und Gadolinium sind gefragte Sachwerte
Gadolinium-Gallium-Granat wird synthetisch hergestellt und häufig von der Industrie verwendet, zum Beispiel bei der Herstellung von optischen Komponenten. Seine wesentlichen Bestandteile Gallium und Gadolinium sind stark nachgefragte produktionskritische Metalle. Als Sachwertinvestition bieten diese Rohstoffe außerdem eine interessante und nach einem Jahr Haltedauer steuerfreie Investitionsmöglichkeit mit attraktiven Renditechancen.