Einem Forschungsteam ist ein Durchbruch bei der deutlichen Verbesserung der kommerziellen Machbarkeit der Technologie zur Nutzung von Spinwellen gelungen. Diese Innovation wird als technologische Lösung der nächsten Generation für das anhaltende Problem der Wärmeerzeugung in elektronischen Geräten angepriesen. Die Forschungsergebnisse waren veröffentlicht am 26. September in der Online-Ausgabe von Gegenstand.
Wenn Sie Ihr Smartphone oder Ihren Computer schon länger verwenden, sind Sie vielleicht überrascht, dass Ihr Gerät plötzlich heiß wird. Dies ist auf die Bewegung von Elektronen innerhalb des Geräts bei der Datenverarbeitung und -speicherung zurückzuführen, wodurch ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird. Mit der rasanten Weiterentwicklung von künstlicher Intelligenz und Cloud Computing wird die Elektronik immer kleiner und komplexer, was das Problem der Überhitzung verschärft.
Um das Problem der Wärmeerzeugung in elektronischen Geräten zu lösen, gewinnt die Technologie der Informationsübertragung mithilfe von „Spinwellen“ zunehmend an Bedeutung. Spinwellen sind Wellen, die Informationen ohne den Fluss von Elektronen übertragen können, indem sie die Spineigenschaften von Elektronen in magnetischen Isolatoren nutzen.
Neuere Forschungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung des Temperaturungleichgewichts der Spinwellen in einem Material – also die Tendenz der Spinwellen auf einer Seite des Materials, heißer und auf der anderen Seite kälter zu werden – die Informationsübertragungseffizienz von Spinwellen erhöht. Es gibt jedoch keine Technologie, die die Temperatur von Spinwellen unabhängig steuern kann.
Ein gemeinsames Forschungsteam von POSTECH, der Chungnam National University und KAIST hat einen neuartigen Ansatz entwickelt, der von den Kühlerlamellen inspiriert ist, die zur Kühlung von Automotoren verwendet werden. Das Team baute Goldstrukturen im Nanometerbereich an einem Ende eines dünnen Films aus magnetischem Isolator ein und entwarf ihn so, dass er die Temperatur basierend auf der Goldkonzentration effektiv reguliert.
Diese Goldstrukturen reduzierten effektiv die Temperatur der Spinwellen an der Zielstelle und erzeugten so ein Temperaturungleichgewicht innerhalb des Materials. Ihre Experimente zeigten, dass dieser dünne Film die Effizienz der Spinwellenübertragung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um über 250 % verbesserte. Diese Studie ist die erste, die über die erfolgreiche unabhängige Kontrolle der Spinwellentemperatur berichtet und eine Methode zur Verbesserung der Spinwellenübertragungseffizienz durch Nutzung dieser Kontrolle demonstriert.
Professor Hyungyu Jin von POSTECH, der die Forschung leitete, brachte die Bedeutung der Forschung zum Ausdruck, indem er sagte: „Diese Forschung stellt einen bedeutenden Meilenstein bei der Entwicklung von Informationsübertragungstechnologien der nächsten Generation dar, um die Wärmeerzeugung in der Elektronik zu bekämpfen.“
Dr. Sang Jun Park, der Hauptautor der Studie, bemerkte: „Durch die Überwindung bisheriger Einschränkungen hat diese Technologie ein vielversprechendes Potenzial für eine breite Palette zukünftiger Anwendungen unter Verwendung von Spinwellen.“
Das Team wurde von Professor Hyungyu Jin und Dr. Sang Jun Park (derzeit Postdoktorand am National Institute for Materials Science, Japan) von der Fakultät für Maschinenbau bei POSTECH in Zusammenarbeit mit einem Forschungsteam von Professor Jong-Ryul geleitet Jeong vom Department of Materials Science and Engineering der Chungnam National University und dem Forschungsteam von Professor Se Kwon Kim vom Department of Physics des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).
Weitere Informationen:
Sang J. Park et al., Verbesserung des Spinpumpens durch nichtlokale Manipulation der Magnontemperatur, Gegenstand (2024). DOI: 10.1016/j.matt.2024.08.023