Snelste voortbeweging van magneetgolven ooit ontdekt

Magneetgolven bewegen, net als lichtgolven, met een vaste maximale snelheid door een materiaal. Maar op de kleinst mogelijke lengteschaal (nanometer) en de kortst mogelijke tijdschaal (femtoseconde) gedraagt magnetisme zich anders. Natuurkundigen van de Radboud Universiteit hebben nu ontdekt dat magneetgolven met een heel kleine golflengte zich tot wel 40% sneller kunnen voortplanten dan werd gedacht. Deze zogenoemde supermagnonische voortplanting biedt kansen voor nog snellere, kleinere en energie-efficiëntere manieren van dataverwerking in toekomstige computers. Het onderzoek wordt op 25 augustus 2021 gepubliceerd in Physical Review Letters.

‘Je kunt het vergelijken met supersonische vliegtuigen, die bewegen zich sneller dan de maximale snelheid van geluidsgolven. We noemen deze allersnelste magneetgolven dan ook supermagnonisch’, vertelt natuurkundige Johan Mentink. Dankzij een nieuwe theoretische methode geïnspireerd op machine learning lukte het de onderzoekers om berekeningen te doen aan tweedimensionale magneten. Uit deze berekeningen bleek dat de allerkleinste magneetgolven zich tot wel 40% sneller kunnen voortbewegen dan de maximale voortplantingssnelheid. ‘Door de machine learning simulaties van collega Giammarco Fabiani en de analytische berekeningen van masterstudent Martijn Bouman begrijpen we nu waardoor deze supermagnonische magneetgolven kunnen bestaan.’

Snelste voortbeweging van magneetgolven ooit ontdekt

Sneller, energiezuiniger én kleiner

In onze huidige computers zijn het elektronen die informatie overbrengen van A naar B. De snelheid van deze manier van informatieoverdracht loopt echter tegen grenzen aan. Bovendien treedt er energieverlies op doordat elektronen onderweg weerstand ervaren. Een alternatief is om lichtpulsen te gebruiken voor informatieoverdracht, zoals bijvoorbeeld bij glasvezelinternet wordt gedaan. Informatieoverdracht met licht is sneller en energiezuiniger.

’Maar ons doel is nóg verstrekkender,’ vertelt Johan Mentink. ‘Wij zoeken naar een manier om datatransport tegelijkertijd sneller, energiezuiniger én kleiner te maken. Lichtgolven bewegen snel, maar de golflengte van licht is vrij lang. Voor kleinere oplossingen zul je dus moeten kijken naar kleinere golven: magneetgolven bijvoorbeeld.”

Sneller, kleiner en zuiniger is cruciaal voor de computers van de toekomst. Denk bijvoorbeeld aan de enorme datacentra in ons land die nu al een groot deel van de capaciteit van ons stroomnet gebruiken: dat zal in de toekomst alleen maar meer worden. Johan Mentink: ’Uit ons onderzoek blijkt nu dat datatransport met supermagnonische beweging in theorie nog sneller kan dan mogelijk werd geacht. We weten echter nog niet precies hoe magnetisme werkt op de allerkleinste lengteschalen en kortste tijdschalen. Om magnetisme uiteindelijk in de praktijk in te kunnen zetten voor dataverwerking, moeten we eerst de fundamentele natuurkunde erachter nog verder doorgronden. Dit onderzoek verlegt de grenzen van onze kennis en brengt ons een stap dichterbij.’

Publicatie:

Supermagnonic propagation in two-dimensional antiferromagnets
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.097202 

Meer informatie? Neem contact op met:

  • Johan Mentink, j.mentink [at] science.ru.nlclass="externLink"
  • Persvoorlichting en wetenschapscommunicatie Radboud Universiteit, media [at] ru.nl, 024 361 6000

Aan deze website wordt nog gewerkt. Meer informatie: 'een nieuwe website'.