SFB/TRR 173 SPIN+X

Was ist Magnonik?

Was ist eine Spinwelle?

 

Spins gehorchen ähnlichen physikalischen Gesetzen wie Kreisel: Erhält ein Kreisel einen Stoß senkrecht zu seiner Drehachse, so kippt er nicht um, sondern seine Drehachse beginnt zu rotieren. Wir nennen dieses Phänomen Präzession.

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Auch Spins beginnen zu präzedieren, wenn sie aus ihrer Ruhelage ausgelenkt werden. Anders als beim Kreisel wird diese Auslenkung jedoch nicht durch einen mechanischen Stoß erreicht, sondern durch die kurze Einwirkung eines Magnetfelds auf den Spin. In einem Magneten, in dem Spins in einer gitterartigen Struktur angeordnet sind, wird die Präzession eines Spins an seine Nachbarn übertragen und pflanzt sich durch den Magneten fort. Wir sprechen von einer Spinwelle.

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Was ist ein Magnon?

In der modernen Physik kann jeder Welle ein bestimmtes Teilchen zugeordnet werden. Am bekanntesten ist das Lichtteilchen, das Photon. Das Magnon ist das Teilchen, das Spinwellen zugeordnet wird.

Was ist Magnonik?

Die Magnonik beschäftigt sich mit Spinwellen und ihrer Ausbreitung in magnetischen Festkörpern. Ähnlich wie in der Spintronik bieten Spinwellen als Informationsträger den Vorteil, dass die Elektronen bei der Datenübertragung nicht durch den Festkörper wandern müssen, wodurch nur sehr geringe Verluste auftreten. Durch die geringen Verluste wird nur sehr wenig Wärme beim Informationsfluss abgegeben, was dazu ausgenutzt werden soll, Bauteile z.B. für Computer zu konstruieren, die kleiner, effizienter und schneller sind als die bisherigen Chips.

Spinwellen bieten noch einen zusätzlichen Vorteil: Wie bei Wasserwellen überlagern sich zwei Spinwellen, so dass sich Wellenberge und –tälern gegenseitig auslöschen oder verstärken können. Dieses Phänomen wird Interferenz genannt (siehe linke Grafik).

Ob eine Auslöschung oder eine Verstärkung an einem bestimmten Punkt stattfindet, ist von der Phase der Wellen abhängig, also von ihrem Abstand oder ihrer Verzögerung zueinander (siehe rechte Grafik).

Beim Spinwellen-Computer können Informationen in dieser Phase der Wellen übertragen und verarbeitet werden. Dies bietet vielfältige neue Möglichkeiten zur Realisierung von Bauteilen für Schaltungen.

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