Ein internationales Forscherteam an der University of California, Riverside, und dem Institute of Magnetism in Kyiv, Ukraine, hat ein umfassendes Handbuch zur Konstruktion der Spindynamik in Nanomagneten entwickelt – ein wichtiger Schritt zur Weiterentwicklung von Spintronik- und Quanteninformationstechnologien.
Trotz ihrer geringen Größe zeigen Nanomagnete – die in den meisten Spintronik-Anwendungen zu finden sind – eine reiche Dynamik von Spinanregungen oder „Magnonen“, den quantenmechanischen Einheiten von Spinfluktuationen. Aufgrund seiner Begrenzung im Nanomaßstab kann ein Nanomagnet als nulldimensionales System mit einem diskreten Magnonenspektrum, ähnlich dem Spektrum eines Atoms, betrachtet werden.
„Die Magnonen interagieren miteinander und bilden so eine nichtlineare Spindynamik“, sagte Igor Barsukov, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der UC Riverside und korrespondierender Autor der Studie, die in der Zeitschrift erscheint Körperliche Überprüfung angewendet. „Nichtlineare Spindynamik ist eine große Herausforderung und eine große Chance zur Verbesserung der Leistung von Spintronik-Technologien wie Spin-Torque-Speicher, Oszillatoren und neuromorphem Rechnen.“
Barsukov erklärte, dass die Interaktion von Magnonen einer Reihe von Regeln folgt – den Auswahlregeln. Diese Regeln haben die Forscher nun in Bezug auf Symmetrien von Magnetisierungskonfigurationen und Magnonenprofilen postuliert.
Die neue Arbeit setzt die Bemühungen fort, Nanomagnete für Computertechnologien der nächsten Generation zu zähmen. In einer früheren Veröffentlichung demonstrierte das Team experimentell, dass Symmetrien für die Konstruktion von Magnonen-Wechselwirkungen verwendet werden können.
„Wir haben die Chance erkannt, aber auch festgestellt, dass viel Arbeit erforderlich ist, um die Auswahlregeln zu verstehen und zu formulieren“, sagte Barsukov.
Den Forschern zufolge offenbart ein umfassendes Regelwerk die Mechanismen hinter der Magnonen-Wechselwirkung.
„Es kann als Leitfaden für Spintronik-Labore zum Debuggen und Entwerfen von Nanomagnetgeräten angesehen werden“, sagte Arezoo Etesamirad, der Erstautor des Papiers, der im Barsukov-Labor arbeitete und kürzlich mit einem Doktortitel in Physik abschloss. „Es bildet die Grundlage für die Entwicklung eines experimentellen Toolsets für abstimmbare magnetische Neuronen, schaltbare Oszillatoren, energieeffiziente Speicher sowie quantenmagnonische und andere nanomagnetische Anwendungen der nächsten Generation.“
Barsukov und Etesamirad wurden von Rodolfo Rodriguez von der UCR in die Forschung eingebunden; und Julia Kharlan und Roman Verba vom Institut für Magnetismus in Kiew, Ukraine.
Mehr Informationen:
Arezoo Etesamirad et al, Steuerung der Auswahlregeln für Magnonenstreuung in Nanomagneten durch räumliche Symmetriebrechung, Körperliche Überprüfung angewendet (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.044087