Magnonic纳米纤维为新型计算机开辟了道路

磁学提供了创建更强大、更节能的计算机的新方法，但在纳米尺度上实现磁计算是一项具有挑战性的任务。来自凯泽斯劳滕、耶拿和维也纳的联合团队在Nano Letters杂志上报道了使用磁波进行超低功耗计算领域的一项重要进展。

磁体磁序中的局部扰动可以波的形式在材料上传播。这些波被称为自旋波，它们相关的准粒子被称为磁子。来自凯泽斯劳滕理工大学、Innovent eV Jena 和维也纳大学的科学家以其在称为“magnonics”的研究领域的专业知识而闻名，该领域利用磁振子开发新型计算机，有可能补充使用的传统电子处理器如今。

“使用磁振子的新一代计算机可能更强大，最重要的是，消耗更少的能量。一个主要的先决条件是我们能够制造所谓的单模波导，这使我们能够使用先进的基于波的信号处理方案，”该项目的主要科学家之一、初级教授 Philipp Pirro 说。“这需要将我们结构的尺寸推到纳米范围内。例如，这种导管的开发开辟了一种途径，可以开发受人脑功能启发的神经形态计算系统。”

然而，将磁子技术缩小到纳米级是具有挑战性的：“一种非常有前途的磁子应用材料是钇铁石榴石(YIG)。YIG 是一种‘高贵的磁性材料’，因为磁子在其中的寿命比其他材料，”项目负责人、维也纳大学的 Andrii Chumak 教授说。“但一切都有其代价：如果你试图用它制造微小的结构，YIG 非常复杂且难以处理。这就是为什么 YIG 结构几十年来一直是毫米尺寸，直到现在我们才设法缩小到 50 纳米，大约小 100,000 倍。”

为此，凯泽斯劳滕理工大学的纳米结构中心开发了一项特殊的新技术，使用的是耶拿 Innovent eV 的合作者 Carsten Dubs 博士生长的 YIG 薄膜。在 YIG 的顶部制造一个称为掩模的薄金属层，使大部分薄膜暴露在外。然后用强大的氩离子流轰击样品，去除 YIG 未受保护的部分，而掩膜下方的材料保持不变。之后，去除金属掩模，露出成品 YIG 的 50nm 细条。

“整个过程成功的关键是为掩模找到合适的材料，找出它的厚度应该是什么，并调整数十个不同的参数以保存 YIG 的特性，”负责人 Björn Heinz 说。该论文的作者。“经过几年的调查，我们终于在铬和钛层的组合中找到了我们正在寻找的东西。”

YIG 结构的宽度比人类头发的厚度小约一千倍。成功构建后，科学家们继续研究磁振子的传播，以评估纳米尺寸的 YIG 结构是否保持了 YIG 薄膜的优异材料特性。

“我们能够证明结构化过程对这种材料的奇妙特性只有很小的影响，”海因茨说。“此外，我们能够通过实验证明磁振子可以有效地在管道中长距离传输信息，正如之前理论上所预测的那样。这些结果是磁振子电路发展的一个重要里程碑，并证明了基于磁振子的数据处理的一般可行性.”

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