Neue theoretische Forschungen unter der Leitung von Ingenieuren der University of Delaware zeigen, dass Magnonen (eine Art magnetische Spinwelle) erkennbare elektrische Signale erzeugen können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Integration elektromagnetischer Komponenten in Computertechnologien der nächsten Generation. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Forschung zeigt potenzielle Methoden zur Steuerung und Manipulation von Magnonen mithilfe elektrischer Felder auf. Dadurch könnte der Engpass bei der Informationsübertragung zwischen elektrischen und magnetischen Systemen in aktuellen Computern beseitigt und die Rechengeschwindigkeit und -effizienz verbessert werden.

Magnetismus entsteht durch die Spineigenschaften von Elektronen, während Magnonen Informationen entlang ihrer Spinrichtung übertragen, ohne dass dabei Ladung bewegt wird. Dadurch entsteht kein Widerstand und der Energieverlust sinkt. Aktuelle Computerchips basieren auf geladenen Elektronen, die durch Drähte fließen, wobei aufgrund des Widerstands viel Wärme entsteht. Die Einführung der Magnonentechnologie wird Energieverschwendung wirksam reduzieren. Die Forschung konzentriert sich auf antiferromagnetische Materialien, deren Spins abwechselnd auf und ab schwanken, wodurch sich Magnonen mit Terahertz-Frequenzen ausbreiten können, was die Geschwindigkeit von Ferromagneten bei weitem übertrifft. Der Gesamtspin antiferromagnetischer Materialien ist jedoch Null, was die Erkennung und Manipulation von Magnonen zu einer Herausforderung macht.

„Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass wir Magnonen durch Messung der von ihnen erzeugten elektrischen Polarisation nachweisen können“, sagte der leitende Autor Professor Matthew Doty. „Darüber hinaus könnten wir die Bewegung von Magnonen möglicherweise mithilfe externer elektrischer Felder, einschließlich Lichtfeldern, steuern.“ CHARM-Postdoktorand D. Quang To und seine Kollegen nutzten Computersimulationen, um herauszufinden, dass Magnonenbewegungen elektrische Signale erzeugen können. Dies lieferte neue Ideen für die Magnonenerkennung und -manipulation. Das Forschungsteam entwickelte außerdem ein mathematisches Modell, um zu verstehen, wie sich der Drehimpuls von Magnonenbahnen auf den Transport auswirkt, und entdeckte, dass Magnonen bei der Wechselwirkung mit Atomen elektrische Polarisation erzeugen.

Das UD-Team hat Experimente zur Überprüfung der vorhergesagten Effekte eingeleitet und plant, die Wechselwirkung zwischen Magnonen und Licht zu erforschen, um die Übertragung oder Erkennung von Magnonen weiter zu steuern.

Weitere Informationen: D. Quang To et al., Magnon-induced electric polarization and the magnon-Nernst effect, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). Zeitschrifteninformationen: Proceedings of the National Academy of Sciences