Computer die mit Spinwellen arbeiten

drei magnetzustaende pro loch

Magnetische Lochgitter im Nanometer-Maßstab könnten neue Möglichkeiten in der Computertechnik eröffnen. Wissenschaftler haben gezeigt, wie ein solches Metallgitter bei Raumtemperatur zuverlässig programmierbar ist. Die Geometrie birgt Potenzial für elektronische Bauelemente, die mit Spinwellen anstatt elektrischem Strom arbeiten.

Die Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und internationale Kollegen fanden heraus, dass bei jedem der Löcher drei magnetische Zustände einstellbar sind. Um die magnetischen Eigenschaften in einer dünnen Schicht aus dem Metall Kobalt zu programmieren, entwarfen die Forscher eine spezielle Gitterstruktur. Es entstanden jeweils etwa 250 Nanometer große Löcher, sog. Antidots. Sie sind in regelmäßigen Abständen in der Schicht angeordnet. Das Metallnetz muss ungefähr 50 Nanometer dünn sein, damit es stabil programmierbar ist.

Diese speziellen Abmessungen des Antidot-Gitters führen zu besonderen Eigenschaften: Mit Hilfe eines von außen angelegten, magnetischen Feldes lassen sich drei verschiedene magnetische Zustände um jedes Loch herum einstellen. Mit der Optimierung der Antidot-Geometrie konnten die Wissenschaftler zeigen, dass sich die Spins – die magnetischen Momente der Elektronen – rund um die Löcher zuverlässig programmieren lassen.

Die Gitter haben Potenzial für Computer, die mit Spinwellen anstatt mit elektrischem Strom arbeiten. Derartige Spinwellen-Logikchips könnten weit weniger Strom verbrauchen als heutige Prozessoren. Zudem könnten in dem Lochgitter eine Vielzahl von Zuständen realisiert und den Spinwellen bestimmte Richtungen vorgeschrieben werden. Das würde auch eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit in zukünftigen Logikchips ermöglichen.

Jetzt wollen die Forscher u. a. spezielle Computer-Programme entwickeln, die die komplexe Berechnung der Magnetzustände in einem Lochgitter ermöglichen.

Bild: Die spezielle Anordnung von vier Löchern in einer Schicht aus Kobalt erlaubt bereits 15 unterschiedliche Typen von Zahlenkombinationen für die Programmierung / HZDR