Forskere har funnet et bemerkelsesverdig alternativ til dagens databrikker

Dagens databrikker er avhengige av at elektroner flyter gjennom små ledere. Hver gang strømmen møter motstand, stiger temperaturen.

Utviklerne presser stadig flere transistorer inn på samme overflate, og dagens kretser nærmer seg grensen for hvor mye varme de kan håndtere.

Hastigheten til mange prosessorer avhenger derfor ikke bare av arkitekturen, men også av hvor raskt varmen kan ledes bort.

Forskere over hele verden prøver å finne nye måter å flytte informasjon på. Målet er like stor prosessorkraft eller mer, men med mindre energiforbruk og mindre varme.

En av de mest lovende retningene handler ikke om å flytte elektronene selv. I stedet undersøker forskerne hvordan magnetiske bølger kan transportere data gjennom spesielle materialer.

I magnetiske materialer kan elektronenes spinn organiseres i mønstre. Når en liten del av systemet forstyrres, forplanter endringen seg som en bølge.

Denne bølgen kalles en magnon og kan beskrives som en form for magnetisk vibrasjon som kan transportere informasjon gjennom materialet uten den samme varmeutviklingen som klassisk strøm.

Magnoner kan skape elektriske signaler

Forskerteamet fra University of Delaware undersøkte hva som skjer når magnoner beveger seg gjennom antiferromagnetiske materialer.

I slike materialer peker nabospinnene i motsatt retning, noe som gir mulighet for magnonbølger med svært høye frekvenser.

I teorien kan signalene nå terahertz-området, som ligger langt over området der vanlige elektroniske kretser opererer.

Det nye er ikke bare hastigheten. Teamet har vist at magnoner kan skape en målbar elektrisk spenning i materialet.

Når den ene enden av materialet er varmere enn den andre, strømmer magnonene mot den kalde enden.

Samtidig oppstår det en elektrisk polarisering, som forskerne beskriver som en magnonisk Nernst-reaksjon, ifølge mediet CDR.

Effekten er knyttet til magnonenes banemoment. Bølgen beveger seg på en måte som kan sammenlignes med en rotasjon gjennom atomgitteret.

Denne bevegelsen endrer ladningsfordelingen i materialet og fører til et lite, men målbart elektrisk signal.

Dette gir forskerne et verktøy for både å oppdage og påvirke magnonstrømmer ved hjelp av elektriske felt.

Mulige byggesteiner i fremtidens databrikker

Foreløpig er resultatene på papiret. Forskerne jobber med eksperimenter for å vise om modellen holder i praksis.

Neste skritt blir å teste om magnonene kan styres med lys, som i seg selv har et banemoment.

I så fall kan lyspulser fungere som en ekstra kontrollknapp for å slå magnetiske signaler av og på i ultrakorte tidsperioder.

Hvis det lykkes å detektere og kontrollere den magnoniske Nernst-reaksjonen i laboratoriet, kan magnetiske bølger bli et alternativ til deler av dagens kabling i brikkene.

Dagens metallforbindelser bruker energi og genererer varme. Magnetiske kanaler kan i stedet overføre signaler med langt mindre energitap.

Perspektivet er brikker der elektriske kretser arbeider side om side med magnetiske elementer.

Slik hybridelektronikk kan utnytte silisiumets modenhet og samtidig flytte grensene for hvor raskt og energieffektivt data kan flyttes.

Det nye teoretiske arbeidet gir ikke ferdige produkter, men det flytter grensene for hvordan vi kan bygge informasjonsflyten inn i fremtidens databrikker.