Ausnutzung von Spinwellen-Phänomenen ermöglicht Überwindung von Limitierungen konventioneller Computer

Mainzer Physiker zeigen, wie sich Spin-Schaltungen mit kohärenter Logikfunktionalität ausstatten lassen

30.11.2017

In der Entwicklung immer leistungsfähigerer Computer stößt man mit der konventionell verwendeten CMOS-Technologie auf gravierende Probleme bei der nötigen Verkleinerung der einzelnen Bauelemente. Zudem kommt es in den Halbleiterbauteilen beim Transport von digitalen Informationen über elektrische Ladung ungewollt zu hohen Verlusten.

Ein vielversprechender und energiesparender alternativer Ansatz ist die Verwendung von Magnonen, den Quanten von Spinwellen. Insbesondere die kohärente Magnonenlogik ist ein aufstrebendes Forschungsfeld, das potentiell ermöglicht, komplexe Berechnungen mit vergleichsweise einfachen physikalischen Implementierungen durchzuführen. Im Unterschied zu inkohärenten Logikgattern erlaubt die Nutzung von kohärenten Spinwellen die zusätzliche Verwendung des Phasenfreiheitsgrades der Spinwellen.
 
Forscher der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Mathias Kläui zeigen gemeinsam mit Kollegen aus Kalifornien (USA) in einer Veröffentlichung im Fachjournal Physical Review Letters, wie die Interferenz zwischen kohärenten superfluiden Spinströmen, die durch DC-Anregungen erzeugt werden können, in Spin-Schaltungen mit kohärenter Logikfunktionalität genutzt werden kann. Dieser Ansatz ist verglichen mit früheren Ansätzen der Erzeugung von kohärenten Spinwellen mittels Hochfrequenz-Anregungen viel einfacher. Die Physikergruppe schlägt vor, diese Phase durch ein elektrisches Gating zu steuern, das die Spin-Kondensat-Kohärenzlänge einstellt, um eine magnetische Logik für nicht-konventionelles Rechnen zu realisieren. Die nichtlinearen Aspekte der Spin-Suprafluidität eignen sich in natürlicher Weise für die Konstruktion von Logikgattern, die die Kohärenz kollektiver Spinströme einzigartig ausnutzen. Umgekehrt können mit dieser Funktionalität die grundlegenden Eigenschaften von Spin-Suprafluiden untersucht und enthüllt werden.