A nagy sebességű számítástechnika területén nemrég tett felfedezés szerint lehetséges a mágneses anyagokat szabályozni láthatatlan fénnyel – mindezzel az információfeldolgozási sebesség radikális javulása is elérhető. A kulcs az ultragyors spinhullámok vagy az elektronspin-mintázatok manipulálásában rejlik, amelyek felülmúlhatják a hagyományos számítógépeket.

A mágneses adatrögzítési technológia, amely nélkülözhetetlen mind az okostelefonokhoz, az internethez és a számítási felhőhöz, a ferromágneses anyagok mágneses spinállapotainak manipulálásán alapul – ennek segítségével valósulhat ugyanis meg az információk tárolása és lekérdezése is. Ezek a spinállapotok, “pörgetések” apró mágnesként működnek, és a “0” és “1” bináris biteket képviselik. Amikor a fény eléri ezeket az atomokat, spinhullámokat generál, amelyek úgy haladnak át az anyagon, mint a hullámok egy tó felszínén.

A kutatás, amelynek eredményeit kettő, a Nature Physics-ben közölt tanulmányban tették közzé, az antiferromágnesekre összpontosít, ahol a spinek ellentétes irányúak, ami gyorsabb spinhullámokat tesz lehetővé, mint a ferromágneseknél. Ez a funkció kulcsfontosságú a nagy sebességű információfeldolgozó rendszerek fejlesztéséhez. A csapat egy ortoferrit antiferromágnessel kísérletezett, ahol terahertzes (THz) “láthatatlan fényt” használtak a különálló spinhullámok kölcsönhatására.

Mint azt a kettőből az egyik tanulmány kimutatta, egy spin hullám gerjesztése egy bizonyos frekvencián magasabb frekvenciájú spinhullámot indíthat el, amely hasonló a gitárhúr harmonikus felhangjaihoz. Mint azt a kutatás vezetője nyilatkozta:

“Ez nagyon meglepett minket. Ez azt jelentette, hogy nemlineárisan tudtuk szabályozni az energiaáramlást ezekben a mágneses rendszerekben.”

A másik tanulmány alapján pedig két különböző spinhullám gerjesztése új, hibrid spinhullámot hozhat létre. Ezek a felfedezések azért jelentősek, mivel áthelyezik a hangsúlyt a hagyományos spintronikáról, ahol az információt egyedi elektron spinek hordozzák, a magnonikára, amely már tehát kollektív spinhullámokat vagy magnonokat használ, ami sokkal gyorsabb információfeldolgozást és hatékonyabb adatmozgást tesz lehetővé. Mint egy másik kutató fogalmazott:

“Itt, a spintronikától eltérően, ezeket a kollektív spinhullámokat használod, amelyek egyszerre sok-sok elektron spint tartalmaznak. Ez rendkívül gyors időskálákhoz vezethet, amelyek nem érhetők el a spintronikában, és hatékonyabban mozgathatja az információkat.”

A cél elérése érdekében a csapat kifinomult spektrométert fejlesztett ki, amely képes érzékelni a THz-es, vagyis tehát az úgynevezett láthatatlan fényt és érzékelni a különböző spinhullámok közötti kölcsönhatásokat. Mindez idővel új lehetőségeket nyithat meg a nagysebességű számítástechnikában, ami kijelölheti akár az információfeldolgozási technológiák jövőjét is.

(Kép: az illusztráció azt mutatja be, hogy egy páros intenzív THz lézerimpulzus gerjeszti a spin hullámokat egy antiferromágneses anyagban, amelyek nemlineáris kibocsátást sugároznak az összeg- és különbségfrekvenciákon. Forrás: Illusztráció a Texasi Egyetem Austin-i campusának és az MIT kutatóinak jóvoltából)