Forschung, News, zAufi

Physikpreis für Dresdner Spinnwellen-Doktor

Steuert Spinwnellen: Der Physiker Dr. Kai Wagner hat an der TU Dresden promoviert. Foto: privat, TUD

Steuert Spinwnellen: Der Physiker Dr. Kai Wagner hat an der TU Dresden promoviert. Foto: privat, TUD

Dr. Kai Wagner steuert die stille Magnetpost im Atomgitter

Dresden, 10. Dezember 2019. Weil er neue Wege gefunden hat, um Informationen in der Welt der Atome elegant per „Stiller Magnetpost“ weiterzuleiten, bekommt der Dresdner Nachwuchsphysiker Dr. Kai Wagner eine Auszeichnung: Für seine Doktorarbeit „Erzeugung und Transport von Spinn-Wellen in magnetischen Mikrostrukturen“ verleiht ihm die TU Dresden den neuen „Dresdner Promotionspreis Physik“ , den die „Wilhelm und Else Heraeus“-Stiftung mit 4000 Euro dotiert hat. Das hat am Dienstag die Technische Universität Dresden mitgeteilt.

Klassische Chips haben zu viele Hitzewallungen

Spinnwellen, auch „Magnonen“ genannt, haben nichts mit Tuchmacherei zu tun. Vielmehr gelten sie als vielversprechende Datenträger für die Computerchips von übermorgen. Denn heutige Elektronik speichert und transportiert Daten meist durch Elektronen und andere Ladungsträger, die durch die Atomgitter von Siliziumkristallen wandern. Einen Teil ihrer Energie verpulvern die Teilchen dabei aber als Abwärme, die mit jeder neuen Chipgeneration für immer größere Kühlprobleme sorgt.

In der Domänenwand, die sich in der Mitte zwischen den unterschiedlich ausgerichteten Magnetisierungen bildet, bleibt die Spinwelle gefangen. Forscher des HZDR konnten auf diese Weise ihren Ausbreitungsweg gezielt kontrollieren. Quelle: HZDR / H. Schultheiß

In der Domänenwand, die sich in der Mitte zwischen den unterschiedlich ausgerichteten Magnetisierungen bildet, bleibt die Spinwelle gefangen. Forscher des HZDR konnten auf diese Weise ihren Ausbreitungsweg gezielt kontrollieren. Quelle: HZDR / H. Schultheiß

Einer tanzt immer aus der Reihe

Eine Alternative wäre es, Daten nicht mehr physisch hin und herzuschicken, sondern als eine Art stille Flüsterpost zu transportieren. Dafür lassen sich die erwähnten Spinnwellen einsetzen. Vorstellen kann sie sich wie eine Reihe von tanzenden Elektronen, die sich beispielsweise zunächst alle linksherum drehen. Durch diesen Drehimpuls (Spin) machen sie das Material, in dem sie tanzen, magnetisch. Manchmal setzt sich aber ein Elektron über den Herdentrieb hinweg und dreht sich plötzlich rechtsherum. Interessant wird es, wenn es dem nonkonformistischen Teilchen gelingt, auch seine Nachbarn mit der Gegendreh-Idee anstecken. Im Idealfall pflanzt sich dann ein Rechtsdreh-Impuls wie eine Welle beziehungsweise magnetische Anomalie durch eine ganze Tänzerreihe – und eine Spinnwelle ist geboren. Und die funktioniert eben wie die „Stille Post“ aus Kindertagen: Statt die Daten wie einen Brief physisch durch das Atomgitter immer weiter zu reichen, flüstern sich hier die Teilchen nur die Informationen aus dem Brief gegenseitig zu – das spart Energie, Abwärme und kann auch zu schnelleren Computerchips führen.

Nachwuchsphysiker schleuste Spinnwellen durch Nanoleiterbahnen

Kai Wagner gelang es im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, solche Flüsterwellen durch sogenannte „magnetische Texturen“ und magnetische Leitplanken („Domänen“) gezielt zu steuern. Dadurch konnte er zumindest unter Laborbedingungen nanometerbreite Leiterbahnen für Spinwellen konstruieren. Bis zu Spinnwellen-Computerchips ist es zwar noch ein weiter Weg. Die Ergebnisse von Wagners Promotionsarbeit stießen aber bereits auf große Resonanz bei internationalen Konferenzen und in Fachzeitschriften.

Auch deshalb wählte das Preiskomitee unter Vorsitz von Prof. Jan Budich den Nachwuchsphysiker, der inzwischen an der Uni Basel an Quantensensoren arbeitet, für die neue Auszeichnung aus. Physik-Dekan Prof. Michael Kobel freute sich über die Preis-Premiere: „Mit Hilfe der ,Wilhelm und Else Heraeus’-Stiftung ist es ab sofort möglich, herausragende Physik-Promotionen wie die von Dr. Wagner gebührend zu würdigen“, betonte er.

Autor: hw

Quellen: TUD, Oiger-Archiv