Ansatz gegen heiße Smartphone-Chips:
Magnetwellen statt Strom

Ein Forschungsteam aus Südkorea hat eine Technologie vorgestellt, mit der beispielsweise Smartphones sehr hohe Leistungen bringen können, ohne zu überhitzen. Dafür werden elektrische Signale in Chips durch magnetische Schwingungen ersetzt.

Signale in kleinsten Strukturen

Die Wissenschaftler des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) unter Leitung von Physikprofessor Kab-Jin Kim berichten, dass sie Signale im Nanobereich erfolgreich über diese magnetischen Schwingungen steuern konnten. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Grundlage der Experimente ist ein Synthetischer Antiferromagnet (SAF). Dabei werden extrem dünne magnetische Schichten übereinander angeordnet. In dieser Struktur breiten sich Spinwellen in zwei unterschiedlichen Formen aus: als akustischer und als optischer Modus.


Den Forschern gelang es hierbei nach eigenen Angaben erstmals, ein Phänomen namens Mode Hopping nachzuweisen. Dabei springt die Schwingung unter bestimmten Bedingungen plötzlich von einem Zustand in einen anderen. Anders als bei herkömmlicher Elektronik verändert sich die Frequenz also nicht schrittweise, sondern schlagartig.

Die Frequenz lässt sich dabei um mehr als fünf Gigahertz ändern. Komplexe elektronische Schaltungen wären dafür nicht nötig. Stattdessen reiche es aus, die Stärke des Signals oder ein äußeres Magnetfeld anzupassen. Erzeugt wurden die Spinwellen mithilfe winziger Antennen, die elektromagnetische Signale in das Material einspeisten. Die plötzlichen Frequenzsprünge entstehen laut den Forschern bei sogenannten Drei-Magnon-Wechselwirkungen. Dabei kann sich eine Schwingungseinheit teilen oder mit einer anderen verschmelzen.

Vielfältige Anwendungen

Neben Smartphones könnte die Technik auch in anderen Bereichen eingesetzt werden. Denkbar seien neuartige Halbleiter, besonders energieeffiziente Computerchips oder neuromorphe Systeme, die sich an der Funktionsweise des menschlichen Gehirns orientieren. Auch Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung und sogenannte spintronische Bauteile gelten als mögliche Anwendungen.

Professor Kim sprach von einem wichtigen Schritt hin zu einer neuen Form der Informationsverarbeitung. Bislang sei die Nutzung magnetischer Schwingungen vor allem theoretisch diskutiert worden. Nun habe man gezeigt, dass sich solche Prozesse auch in realen Nano-Bauteilen gezielt steuern lassen.


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