Che si tratti di smartphone, computer o macchina per dialisi:non esiste un dispositivo elettronico senza chip e i loro componenti elettronici all'interno. I singoli elementi del circuito sono quindi spesso cablati utilizzando le cosiddette costruzioni a ponte tridimensionali. Attualmente, i fisici della Technische Universität Kaiserslautern (TUK) stanno lavorando a una variazione più efficiente, dove vengono utilizzate quasiparticelle specifiche chiamate magnoni invece di elettroni. Hanno mostrato per la prima volta, in un modello iniziale, che il flusso di corrente Magnon è possibile in un circuito Magnon integrato, nel qual caso i componenti vengono collegati solo bidimensionalmente. Queste indagini sono state pubblicate in Progressi scientifici .

Una rivoluzione tecnica è arrivata quando l'ingegnere statunitense Jack Kilby ha sviluppato il circuito integrato negli anni '60. Inizialmente assemblato in una calcolatrice tascabile. "Questi circuiti hanno quindi posto le basi per l'elettronica di consumo di oggi, ", afferma il professore associato Andrii Chumak.

Nello studio attuale, l'autore principale Qi Wang ha lavorato su una nuova generazione di circuiti. "Le informazioni possono essere trasportate sotto forma di momento angolare intrinseco, " dice Chumak. "Queste particelle quantistiche sono magnon".

Possono trasportare molte più informazioni rispetto agli elettroni e richiedono sostanzialmente meno energia, oltre a produrre meno calore disperso. Questo li rende piuttosto interessanti, ad esempio per computer più veloci ed efficienti, in particolare nelle applicazioni mobili.

Nello studio ora pubblicato, gli scienziati hanno descritto per la prima volta il circuito integrato Magnon in cui le informazioni sono trasportate da queste particelle. In questo caso, conduttori e passaggi di linea collegano i singoli elementi di commutazione, come nel caso dei circuiti elettronici. I ricercatori hanno sviluppato una tale giunzione per i magnon nelle loro simulazioni. "Abbiamo incluso questo fenomeno nei nostri calcoli, che è già ben noto in fisica, e verrà applicato per la prima volta in magnonica, " dice Qi Wang. "Quando due conduttori magnon sono posti vicini l'uno all'altro, le onde comunicano fino a un certo punto tra loro. Ciò significa che l'energia delle onde verrà trasferita da un conduttore all'altro." Questo è stato utilizzato nelle applicazioni ottiche per un po' di tempo.

Il team guidato da Chumak ha sfruttato questo metodo per il cablaggio degli elementi del circuito su un chip magnonico in un modo nuovo. In particolare, possono essere utilizzati per giunzioni senza costruzione di ponti tridimensionali. Ciò è necessario nell'elettronica classica per garantire il flusso di elettroni tra più elementi. "Nei nostri circuiti, usiamo connessioni bidimensionali in cui i conduttori Magnon devono solo essere posizionati abbastanza vicini l'uno all'altro, " dice Qi Wang. Questo punto di connessione è indicato come un accoppiatore direzionale. I ricercatori ora intendono progettare il primo circuito magnonico con l'aiuto di questo modello.

Questi nuovi circuiti potrebbero contribuire in modo significativo al risparmio di materiale e, perciò, costo. Inoltre, la dimensione dei componenti simulati è all'interno del regime nanometrico, che è paragonabile ai moderni componenti elettronici; però, la densità di informazioni utilizzando i magnon è significativamente maggiore.