Η σημερινή τεχνολογία των υπολογιστών που βασίζεται σε τσιπ πυριτίου πλησιάζει στα φυσικά της όρια, καθώς η μικρογραφία και οι ταχύτητες φτάνουν σε αδιέξοδο, ενώ τα κέντρα δεδομένων καταναλώνουν τεράστια ποσότητα ενέργειας.
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, επιστήμονες αναζητούν νέα υλικά. Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό προηγμένων τεχνικών ακτίνων X, ερευνητική ομάδα στο PSI κατάφερε να αναλύσει λεπτομερώς την ταχεία αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονικών, μαγνητικών και πλεγματικών διεγέρσεων.
Από τα ηλεκτρόνια στα κύματα σπιν
Η τεχνολογία του μέλλοντος θα μπορούσε να γίνει αποδοτικότερη εάν ελέγχονταν οι κινήσεις αναστροφής των σπιν των ηλεκτρονίων. Στα σημερινά τσιπ τα ηλεκτρόνια ρέουν προκαλώντας απώλειες και θερμότητα. Εάν όμως τα ηλεκτρόνια παρέμεναν στάσιμα και διαχειριζόμαστε μόνο τα σπιν τους, τα κύματα σπιν θα μπορούσαν να μεταφέρουν πληροφορίες. Το πεδίο αυτό ονομάζεται σπιντρονική και αξιοποιεί συλλογικές διεγέρσεις σπιν γνωστές ως μαγνόνια.
Όπως αναφέρει ο Hiroki Ueda, «αποκαλύψαμε σε πρωτοφανή λεπτομέρεια όλες τις σημαντικές πτυχές που συμβαίνουν στο υλικό».
Η μακροβιότητα των μαγνονίων
Για τη δημιουργία μαγνονίων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν παλμούς λέιζερ σε οξείδιο του χαλκού, επιλέγοντάς το λόγω των ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ μαγνητισμού και πλέγματος.
Ο παλμός διέγειρε τα ηλεκτρόνια προκαλώντας την αναστροφή των σπιν. Στη συνέχεια, τα μαγνόνια συγκρούστηκαν σχηματίζοντας ασύμφωνα κύματα και τελικά μετέτρεψαν την ενέργειά τους σε φωνόνια. Το εντυπωσιακό είναι ότι τα μαγνόνια έχουν ασυνήθιστα μεγάλη διάρκεια ζωής πριν μετατραπούν, προσφέροντας πολύτιμο χρόνο για τον έλεγχο λογικών πράξεων.
Παρακολούθηση της δυναμικής
Η παρακολούθηση έγινε με τεχνικές αντλίας και ανίχνευσης, αξιοποιώντας παλμούς ακτίνων X από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η εφαρμογή μιας νέας τεχνικής χρονικά αναλυμένης συντονισμένης διάχυτης σκέδασης στο SwissFEL επέτρεψε την ανασύνθεση των μικροσκοπικών γεγονότων. Τα αποτελέσματα συμφωνούν με τους θεωρητικούς υπολογισμούς, φέρνοντας τη σπιντρονική πιο κοντά στην πράξη.
