Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf har upptäckt tidigare okända Floquet-tillstånd inuti extremt små magnetiska virvlar genom att använda minimal energi från magnetiska vågor. Detta fynd, som utmanar tidigare antaganden, skulle kunna sammanlänka elektronik, spintronik och kvantteknologi. Resultaten har publicerats i tidskriften Science.
Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) har identifierat ovanliga oscillationsmönster, kända som Floquet-tillstånd, inuti magnetiska virvlar i ultratunna skivor tillverkade av material som nickel-järn. Dessa skivor mäter endast mikrometer eller nanometer i diameter, där magnetiska moment linjerar sig i cirkulära mönster likt miniatyrkompassnålar som bildar virvlar. När dessa strukturer stimuleras producerar de magnoner – kollektiva vågliknande excitationer som sprider information utan laddningstransport, vilket gör dem lovande för framtidens datorer. Dr. Helmut Schultheiß, projektledare vid HZDR:s Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, konstaterar: 'Dessa magnoner kan överföra information genom en magnet utan behov av laddningstransport.' Teamet krympte skivorna till några hundra nanometer för att studera effekter på neuromorf datorteknik, men observerade frekvenskammar – serier av tätt liggande linjer – istället för enstaka resonanssignaler. Schultheiß minns: 'Först antog vi att det var en mätartefakt eller någon form av störning. Men när vi upprepade experimentet dök effekten upp igen.' Fenomenet uppstår genom att magnoner tillför energi till virvelns kärna, vilket får den att följa en liten cirkulär bana som rytmiskt förändrar det magnetiska tillståndet och genererar kammarna med endast mikrowatt i effekt – långt mindre än en smartphone i vänteläge. Till skillnad från metoder som kräver intensiva laserpulser använder detta skonsamma magnetiska vågor. Schultheiß beskrev det som en 'universell adapter', likt en USB-port, som potentiellt kan synkronisera terahertz-signaler med elektronik eller kvantenheter. Upptäckten, som beskrivs i en artikel av Christopher Heins och kollegor i Science (DOI: 10.1126/science.adq9891), analyserades med HZDR:s program Labmule. Teamet avser att utforska tillämpningar i andra magnetiska strukturer för att sammanlänka elektronik, spintronik och kvantinformationsteknik.
