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pte20201020014 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

Erster Schaltkreis mit Magnonen realisiert

TU Kaiserslautern und Uni Wien ersetzen Elektronen in Datenverarbeitung und -übertragung


So bewegen sich Magnonen (Grafik: Niels Paul Bethe, SYNC audiovisual design)
So bewegen sich Magnonen (Grafik: Niels Paul Bethe, SYNC audiovisual design)

Kaiserslautern/Wien (pte014/20.10.2020/12:30) - Forscher der TU Kaiserslautern http://uni-kl.de und der Universität Wien http://univie.ac.at wollen statt Elektronen in der Datenverarbeitung und -übertragung künftig Magnonen nutzen. Das sind energetische Anregungen in einem magnetischen Festkörper, die sich wellenartig ausbreiten. Den Experten ist es nun gelungen, einen integrierten Schaltkreis aus einem magnetischen Material und Magnonen zu entwickeln.

Basis Yttrium-Eisen-Granat

Der neue Schaltkreis setzt sich aus drei Nanodrähten zusammen, die aus magnetischem Yttrium-Eisen-Granat bestehen. Die Drähte werden nebeneinander positioniert, allerdings nicht streng parallel. Die Abstände variieren, sodass Magnonen von einem Draht in den anderen überwechseln können. Qi Wang, der als Postdoc jetzt in Wien forscht, arbeitete an dem Projekt für seine Doktorarbeit an der TU Kaiserslautern. "Ich habe ein paar hundert Simulationen für verschiedene Typen durchgeführt", sagt er.

Der Ersatz von Elektronen durch Magnonen hat zwei Vorteile. Zum einen sind die so hergestellten Schaltkreise enorm klein, zum anderen begnügen sie sich mit einem Zehntel der Energie, die normale Schaltkreise benötigen. Energie-Einsparungen in der Informationstechnik sind dringend nötig. Nach Greenpeace-Schätzung liegt der weltweite Stromverbrauch in dem Segment bei rund 2.000 Terawattstunden. Das ist mehr als Frankreich, Deutschland, Kanada und Brasilien aktuell zusammen an Strom verbrauchen.

Für komplexe Berechnungen

"Was in normalen Computern typischerweise hunderte Komponenten und 14 Transistoren erfordert, benötigt hier nur drei Nanodrähte, eine Spinwelle und nichtlineare Physik", ergänzt Juniorprofessor Philipp Pirro von der TU Kaiserslautern. Abhängig von der Amplitude tritt die Magnonenwelle an Engstellen entweder am oberen oder am unteren Draht aus, was einer binären "1" oder einer "0" entspricht. Da die Schaltung zwei Richtkoppler enthält, die zwei Informationsströme addieren, bildet sie einen Halbaddierer, einen der universellsten Komponenten von Computerchips. Millionen dieser Schaltkreise lassen sich für immer komplexere Berechnungen und Funktionen miteinander kombinieren.

(Ende)
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