Statt Halbleiter: Spinwellen sorgen für effiziente Datenverarbeitung
Ein Forschungsteam der Universitäten Münster(öffnet im neuen Fenster) und Heidelberg hat Spinwellen für die Informationsverarbeitung genutzt. Zur Demonstration wurde ein Netzwerk mit 198 Kreuzungen sowie 34 Aus- und Eingangsports gebaut.
Weil hier lediglich Magnonen(öffnet im neuen Fenster) , also Quasiteilchen bestehend aus manipulierten Elektronenspinwellen, übermittelt werden, passt das gesamte System in einen 110 Nanometer dünnen Film aus Eisen-Yttrium-Granat. Das entspricht einer Materialdicke von knapp tausend Atomen. Die Gesamtlänge des Netzwerks liegt bei 0,2 mm.
Bisher konnten bei anderen Forschungsprojekten bereits einzelne Elemente wie Sender, Empfänger oder Multiplexer für Spinwellen gebaut werden. Laut der Forschungsgruppe, die ihre Arbeit in Nature Materials(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht hat, handelt sich bei dem demonstrierten Netzwerk jedoch um das erste größere System, in das zum Beispiel Logikgatter und Informationsspeicher integriert werden können.
Hohe Energieeffizienz auf engstem Raum
Neben der Möglichkeit, das System zukünftig erheblich verkleinern zu können, steht vor allem die Energieeffizienz im Mittelpunkt. Obwohl in der Studie keine konkreten Vergleiche zur Halbleitertechnik angestellt wurden, soll die Informationsverarbeitung per Spinwellen den Energieverbrauch integrierter Schaltkreise um das Vielfache senken können.
Das liegt neben der sehr geringen Energie, die für die Erzeugung der Spinwellen nötig ist, auch an der Möglichkeit, Informationen in der Phase der Amplitude und der Frequenz zu kodieren. Die Informationsdichte würde somit sprunghaft steigen.
Das Netzwerk und die Technik zur Datenverarbeitung muss nun erweitert und weiterentwickelt werden. Dazu finden sich insgesamt 22 Forschungsprojekte, die im Sonderforschungsbereich(öffnet im neuen Fenster) "Intelligente Materie – Von responsiven zu adaptiven Nanosystemen" zusammengefasst sind.