„Scherschallwellen“ ermöglichen die magische Verknüpfung von Ultraschall- und Magnetwellen

Einem Team unter der Leitung von Forschern des RIKEN Center for Emergent Matter Science in Japan ist es gelungen, eine starke Kopplung zwischen zwei Wellenformen – Magnonen und Phononen – in einem dünnen Film herzustellen. Wichtig ist, dass sie dies bei Raumtemperatur erreichten und so den Weg für die Entwicklung hybrider wellenbasierter Geräte ebneten, in denen Informationen auf vielfältige Weise gespeichert und manipuliert werden können.

Die meisten heute verwendeten Computergeräte basieren auf der Bewegung elektrischer Ladung – Elektronen –, aber es gibt Grenzen für die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektronen bewegen können, und ihre Bewegung erzeugt Wärme, was zu Energieverlusten führt und aus der Umwelt unerwünscht ist.

Als Reaktion darauf arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung von Geräten, die sich wellenförmige Energieformen wie Schall, Licht und Spin zunutze machen, da dies möglicherweise zur Entwicklung verlustfreierer Geräte führen könnte.

Für die aktuelle Forschung veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchunguntersuchten die Wissenschaftler zwei wellenartige Formen: Magnonen – Quasiteilchen, die die kollektive Anregung von Spins, einer magnetischen Eigenschaft, und Phononen darstellen – ein akustisches Phänomen, das in diesem Fall aus Oberflächenwellen bestand, die sich entlang des Films ausbreiteten.

Laut Yunyoung Hwang, dem Erstautor der Studie, „wurden Geräte entwickelt, die Magnonen und Phononen verwenden, aber wir waren wie andere Forscher der Meinung, dass die Kombination von Ultraschall und Magneten zu großen Sprüngen in der Informations- und Kommunikationstechnologie führen könnte. Als diese beiden „Wenn die Staaten sehr eng zusammenarbeiten, entsteht ein neuartiger Hybridstaat, und wir glauben, dass dies die Tür für spannende Fortschritte in der Informationsverarbeitung öffnen wird.“

Obwohl andere Gruppen dies versucht haben, gab es einen Haken: Normale Schallwellen auf Oberflächen lassen sich nicht gut mit Magneten verbinden. Das Team konnte diesen Code knacken, indem es eine andere Art von Schallwellen verwendete, sogenannte Scherschallwellen, die besser zu Magneten passen.

Das Schlüsselelement, das die Arbeit ermöglichte, war ein kleines On-Chip-Gerät, ein sogenannter nanostrukturierter Oberflächenwellenresonator. Es beschränkt Ultraschallwellen auf einen bestimmten Punkt und verstärkt Scherschallwellen, wodurch eine starke Kopplung zwischen den Oberflächenschallwellen und den Magneten im Resonator ermöglicht wird. Dadurch konnten die Forscher bei Raumtemperatur eine starke Magnet-Schall-Kopplung in einem Co20Fe60B20-Film erreichen.

Laut Jorge Puebla, einem weiteren Autor der Studie: „Wir glauben insbesondere, dass unsere Arbeit zur Untersuchung kohärent gekoppelter Magnon-Phonon-Quasiteilchen beitragen wird, was zur Entwicklung hybrider wellenbasierter Informationsverarbeitungsgeräte mit relativ geringen Verlusten beitragen könnte.“ .

„Darüber hinaus zeichnen sich am Horizont zwei faszinierende Wege ab: Fortschritte bei unseren Geräten könnten uns in den Bereich der ultrastarken Kopplung führen, ein Bereich, der noch vollständig erforscht werden muss; alternativ haben wir durch die Durchführung ähnlicher Experimente bei extrem niedrigen Temperaturen die Möglichkeit, dies zu erreichen.“ Potenzial zur Erforschung von Quantenphänomenen.