Il magnetismo offre nuovi modi per creare computer più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico, ma la realizzazione del calcolo magnetico su scala nanometrica è un compito impegnativo. Un avanzamento critico nel campo del calcolo della potenza ultrabassa utilizzando le onde magnetiche è segnalato da un team congiunto di Kaiserslautern, Jena e Vienna nel diario Nano lettere .

Un disturbo locale nell'ordine magnetico di un magnete può propagarsi attraverso un materiale sotto forma di onda. Queste onde sono note come onde di spin e le loro quasi-particelle associate sono chiamate magnoni. Scienziati della Technische Universität Kaiserslautern, Innovent e.V. Jena e l'Università di Vienna sono noti per la loro esperienza nel campo di ricerca chiamato "magnonica, ' che utilizza i magnon per lo sviluppo di nuovi tipi di computer, potenzialmente complementare ai processori a base di elettroni convenzionali utilizzati al giorno d'oggi.

"Una nuova generazione di computer che utilizzano i magnon potrebbe essere più potente e, soprattutto, consumare meno energia. Un prerequisito importante è che siamo in grado di fabbricare, le cosiddette guide d'onda monomodali, che ci consentono di utilizzare schemi avanzati di elaborazione del segnale basati su onde, " afferma il professore junior Philipp Pirro, uno dei principali scienziati del progetto. "Ciò richiede di spingere le dimensioni delle nostre strutture nell'intervallo dei nanometri. Lo sviluppo di tali condotti si apre, Per esempio, un accesso allo sviluppo di sistemi di calcolo neuromorfici ispirati alle funzionalità del cervello umano."

Però, il ridimensionamento della tecnologia magnonica alla nanoscala è impegnativo:"Un materiale molto promettente per le applicazioni magnoniche è il granato di ferro di ittrio (YIG). L'YIG è una sorta di 'materiale magnetico nobile' poiché i magnon vivono in esso circa cento volte più a lungo rispetto ad altri materiali , " afferma il professor Andrii Chumak dell'Università di Vienna, il capo progetto. "Ma ogni cosa ha il suo prezzo:YIG è molto complesso e difficile da gestire se si tenta di ricavarne minuscole strutture. Ecco perché le strutture YIG hanno avuto dimensioni millimetriche per decenni, e solo ora siamo riusciti a scendere a 50 nanometri, che è circa 100, 000 volte più piccolo."

Per questo, una nuova tecnologia speciale è stata sviluppata presso il Nano Structuring Center della Technische Universität Kaiserslautern utilizzando pellicole YIG coltivate dal collaboratore Dr. Carsten Dubs di Innovent e.V. da Jena. Un sottile strato di metallo, chiamato maschera, è fabbricato sopra la YIG, lasciando esposta la maggior parte della pellicola. Quindi il campione viene bombardato da un potente flusso di ioni argon, che rimuove le parti non protette di YIG, mentre il materiale sotto la maschera rimane intatto. Dopo, la maschera metallica viene rimossa, rivelando una striscia sottile di 50 nm dell'YIG finito.

"E' stato fondamentale per il successo dell'intero processo trovare i materiali adeguati per la maschera, per scoprire quale dovrebbe essere il suo spessore e per mettere a punto decine di parametri diversi per salvare le proprietà di YIG, "dice Björn Heinz, l'autore principale dell'articolo. "Dopo anni di indagini, abbiamo finalmente trovato quello che stavamo cercando nella combinazione di strati di cromo e titanio."

La larghezza della struttura YIG è circa mille volte inferiore allo spessore di un capello umano. Dopo la felice strutturazione, gli scienziati hanno continuato a studiare la propagazione dei magnon per valutare se le strutture YIG di dimensioni nanometriche mantenessero le proprietà dei materiali superiori dei film YIG.

"Siamo stati in grado di dimostrare che il processo di strutturazione ha avuto solo un impatto minore sulle fantastiche proprietà di questo materiale, " dice Heinz. "Inoltre, siamo stati in grado di dimostrare sperimentalmente che i magnon possono trasportare efficacemente informazioni su lunghe distanze nei condotti, come previsto in teoria prima. Questi risultati sono una pietra miliare significativa nello sviluppo dei circuiti magnonici e dimostrano la fattibilità generale dell'elaborazione dei dati basata su magnoni".