Spinwellen, deren quantisierte Einheiten, die Magnonen, sind, stoßen als potenzielle Kandidaten für neue elektronische Bauelemente auf großes Interesse. Magnonen können Informationen in Leitern mit geringem Widerstand übertragen und verbrauchen dabei deutlich weniger Energie als Elektronen. Kürzlich gelang es der Arbeitsgruppe für Tieftemperatur-Quantenelektronik der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit einem internationalen Team, einen neuen Wellenlängenrekord für angeregte, sich ausbreitende Magnonen zu erzielen. Die von Professor Oleksandr Dobrovolsky geleitete Forschung erreichte eine effiziente Anregung von Spinwellen durch die Einführung eines Quasiteilchens, eines sogenannten Fluxons.

Während der Forschung arbeitete das Team mit Institutionen wie der Huazhong University of Science and Technology, der Goethe-Universität Frankfurt, der Universität Wien und der Universität Bordeaux zusammen. „Magnonen, die sich als supraleitende Flussquanten mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Kilometern pro Sekunde bewegen, wurden genutzt, um Spinwellen in einem nahegelegenen Magneten anzuregen“, erklärte Professor Dobrovolski. „Dieser Effekt ähnelt der Bugwelle eines Schnellboots im Wasser, ist aber viel schneller und erzeugt sogar einen Überschallknall.“ Das Team beobachtete außerdem Shapiro-Schritte in der elektrischen Reaktion des Supraleiters und bestätigte so die Synchronisation von Flussquantenbewegung und Spinwellen. Zudem wurde der Mechanismus der kohärenten Kopplung zwischen beiden enthüllt.

Diese Entdeckung eröffnet nicht nur neue Perspektiven in der physikalischen Grundlagenforschung, sondern ebnet auch den Weg für die Entwicklung spinwellenbasierter Elektronik. Professor Dobrovolski erklärte: „Unsere Forschung hat das Potenzial, die Entwicklung zukünftiger Informationsverarbeitungssysteme hin zu kleineren, schnelleren und effizienteren Systemen voranzutreiben.“ Mit den modernisierten Einrichtungen des Emerging Nanometrology Laboratory der TU Braunschweig verfügt das Team für Tieftemperatur-Quantenelektronik nun über die experimentellen Bedingungen, um hybride Fluss-Quanten-Magnon-Systeme auf atomare Skalen zu skalieren und damit den Grundstein für die Quantenanregungsforschung zu legen. Weitere Informationen: Oleksandr V. Dobrovolskiy et al., Generation of sub-40 nm magnons from a mobile Abrikosov vortex lattice, Nature Nanotechnology (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Nanotechnology