Günümüzün bilgisayarları bilgileri manyetik sabit disklerde saklıyor ve cihaz kapalıyken bile dosyaları güvende tutuyor. Ancak programları çalıştırmak ve bilgileri işlemek için bilgisayarlar elektriğe bağımlıdır. Her hesaplama, elektrik ve manyetik sistemler arasında bilgi aktarımını gerektirir. Bu ileri geri gidiş, modern bilgisayarların hızında büyük bir darboğazdır.
Manyetik bileşenleri doğrudan hesaplama mantığına entegre eden cihazlar bu sınırlamayı ortadan kaldıracak ve bilgisayarların daha hızlı ve daha verimli çalışmasına olanak tanıyacaktır.
Delaware Üniversitesi mühendisleri tarafından yürütülen yeni bir teorik çalışma, bir tür manyetik dönüş dalgası olan magnonların tespit edilebilir elektrik sinyalleri üretebildiğini ortaya koyuyor. Bulgular, dergide yayınlandı Ulusal Bilimler Akademisi Bildirilerimagnonları elektrik alanlarıyla kontrol etmenin ve manipüle etmenin potansiyel yollarını vurguluyor ve yeni nesil bilgi işlem teknolojilerini mümkün kılmak için elektrikli ve manyetik bileşenleri entegre etmeye yönelik bir yol öneriyor.
Manyetik dalgalar bilgiyi nasıl taşır?
Manyetizma, bir atomun çekirdeğinin etrafında dönen küçük parçacıklar olan elektronlardan kaynaklanır. Her elektronun spin adı verilen ve yukarıyı veya aşağıyı gösterebilen bir özelliği vardır. Standart bir demir ferromıknatısta, tüm dönüşler aynı yöne işaret ederek bir manyetik alan oluşturur.
UD Mühendislik Fakültesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümünde profesör olan kıdemli yazar Matthew Doty, “Bütün bu dönüşleri birbirine bağlayan bir yay olduğunu hayal edin. Bir dönüşü saptırırsam, bu yayı çekiyormuş gibi olur. Bir sonraki dönüş sapar, sonra bir sonraki, sonra bir sonraki” dedi. “Bunu sinsi bir şey gibi düşünebilirsiniz: Uzattığınızda ve hareket ettirdiğinizde bobin boyunca bir dalga yayılır. Bir magnon da aynen böyledir: bir dalga.”
Günümüzün bilgisayar çiplerinde yüklü elektronlar kabloların içinden geçerek direnç üretiyor ve ısı olarak çok fazla enerji kaybediyor. Magnonlar, herhangi bir elektrik yükünü hareket ettirmeden, dönüşlerin yönelimi yoluyla bilgi ilettikleri için dirençle karşılaşmazlar ve çok daha az enerji harcarlar.
Yeni çalışma, dönüşlerin yukarı ve aşağı değiştiği antiferromanyetik malzemelere odaklandı. Bu malzemeler bilgisayar uygulamaları için caziptir çünkü antiferromıknatıslardaki mıknatıslar, terahertz frekanslarında, yani ferromıknatıslardaki mıknatısların hızından kabaca bin kat daha hızlı yayılabilirler. Ancak antiferromanyetik malzemelerdeki genel dönüş sıfır olduğundan, antiferromanyetik magnonların tespit edilmesi ve manipüle edilmesi son derece zordur.
Magnonları tespit etmenin ve manipüle etmenin bir yolu
CHARM doktora sonrası araştırmacısı D. Quang To ve meslektaşları, magnonların antiferromanyetik malzemelerde nasıl davrandığını keşfetmek için bilgisayar simülasyonları kullandı. Hesaplamalar, onları şaşırtacak şekilde, magnonların hareketinin elektrik sinyalleri üretebildiğini ortaya çıkardı.
Doty, “Sonuçlar, yarattıkları elektrik polarizasyonunu ölçerek magnonları tespit edebileceğimizi öngörüyor” dedi. “Daha da heyecan verici olanı, magnonların hareketini kontrol etmek için ışığınkiler de dahil olmak üzere harici elektrik alanlarını kullanabilmemizdir. Geleneksel telleri magnon kanallarıyla değiştiren gelecekteki cihazlar, bilgiyi çok daha hızlı ve çok daha az enerji israfıyla gönderebilir.”
Ekip, bir malzemenin bir tarafı diğerinden daha sıcak olduğunda, magnonların sıcaktan soğuğa akmasına neden olduğunda ne olduğunu analiz ederek işe başladı. Özellikle, magnonların yörüngesel açısal momentinin, yani manyetik dalgaların ileri hareketlerinden farklı olan dairesel hareketinin sonuçlarını anlamaya çalıştılar.
Makalenin ilk yazarı To, “Yörünge açısal momentinin magnon taşınmasına nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için matematiksel bir çerçeve geliştirdik” dedi. “Manon yörünge açısal momentinin malzemedeki atomlarla etkileşime girdiğinde bir elektrik polarizasyonu ürettiğini keşfettik.”
Başka bir deyişle, hareket eden antiferromanyetik mıknatıslar ölçülebilir bir voltaj üretebilir.
To, “Çerçevemiz, araştırma topluluğunun magnonların davranışlarını tahmin etmesine ve manipüle etmesine olanak sağlayacak güçlü bir araç sağlıyor” dedi.
UD ekibi tahmin edilen etkileri doğrulamak için deneylere başladı. Ayrıca, ışığın yörüngesel açısal momentinin magnonların taşınmasını veya tespitini kontrol etmek için kullanılıp kullanılamayacağını belirlemek için magnonların ışıkla nasıl etkileşime girdiğini keşfetmeyi planlıyorlar.
