Forskere har demonstreret en magnetisk komponent, der kan sende spinbølger til forskellige udgange og samtidig bevare den indstilling, som bestemmer signalets vej. Komponenten arbejder uden et vedvarende globalt magnetfelt under målingen. Resultatet er offentliggjort den 22. oktober 2026 i Nature Materials.

Arbejdet fra blandt andet universitetet i Münster adresserer en konkret udfordring for bølgebaseret databehandling: Hvordan bygger man en hukommelse ind i selve forbindelserne? I forsøget ligger indstillingen i materialets magnetisering. Når retningen ændres, ændres også den vej, bølgerne tager gennem et mikroskopisk kryds.

Et magnetisk sporskifte

Spinbølger er svingninger i magnetiseringen, der kan bevæge sig gennem et magnetisk materiale. Forskningsfeltet magnonik undersøger, hvordan sådanne bølger kan bære og bearbejde information i meget små kredsløb.

Den nye komponent består af to smalle baner, som krydser hinanden i en ret vinkel. Banerne er fremstillet i den magnetiske isolator yttriumjerngranat, forkortet YIG. Materialet er interessant, fordi spinbølger kan udbrede sig med små magnetiske tab.

Når en bølge når krydset, virker magnetiseringens fordeling som et sporskifte. I den ene indstilling drejes bølgen mod den ene sidegren. I den anden indstilling sendes den mod den modsatte. Den valgte magnetiske tilstand bliver stående, efter at det felt, som indstillede den, er fjernet.

Det er denne vedvarende tilstand, forskerne bruger som hukommelse. Der er tale om hukommelse for kredsløbets signalvej; forsøget viser ikke en færdig erstatning for en computers arbejdshukommelse eller lager.

Bygget og målt i laboratoriet

De eksperimentelle baner var 700 nanometer brede og fremstillet i en 120 nanometer tyk YIG-film. En lille guldantenne satte spinbølgerne i gang med et mikrobølgesignal. Forskerne kortlagde derefter deres udbredelse ved hjælp af laserlys, der spredes fra bølgerne.

Ved en frekvens på 1,4 gigahertz blev den indkommende bølge næsten helt ledt ind i den valgte sidegren. Den målte amplitude i udgangen var over 90 procent af den indkommende amplitude. Amplitude er størrelsen af svingningen; tallet må ikke læses som en dokumenteret samlet energieffektivitet for et komplet computersystem.

Før målingerne brugte forskerne kortvarigt et magnetfelt på 100 millitesla til at indstille magnetiseringen. Feltet blev derefter fjernet. Betegnelsen drift uden globalt magnetfelt betyder derfor, at komponenten ikke behøver dette vedvarende felt under signaltransporten. Magnetiske felter indgår stadig i programmeringen.

Større netværk er foreløbig beregninger

Forskerne undersøgte også mindre baner på 200 nanometer og et netværk med flere kryds. Disse dele af arbejdet bygger på mikromagnetiske simulationer. Beregningerne viste, at ændringer i enkelte baners magnetisering kunne dirigere et signal gennem flere sving og frem til forskellige udgange.

En særskilt simulation undersøgte, hvordan én bane kunne omprogrammeres uden at ændre nabobanens tilstand. Her kombinerede forskerne et globalt felt lige under omskiftningsgrænsen med et svagt lokalt felt. Det lokale bidrag var nok til at sætte omskiftningen i gang i den udvalgte bane.

Det er et forslag til en skrivefunktion, som fortsat skal afprøves eksperimentelt i den form. Artiklen demonstrerer dermed både en fysisk grundkomponent og beregnede muligheder for at udvide den. De to niveauer giver forskellig sikkerhed for, hvad der allerede kan bygges og betjenes.

Et skridt mod programmerbare bølgekredsløb

Fordelen ved princippet er, at materialet både fører signalet og husker, hvordan det skal føres. Det kan på længere sigt gøre det lettere at bygge kompakte kredsløb, hvor forbindelsernes funktion kan ændres efter fremstillingen.

Der er fortsat tab undervejs. I netværksberegningerne faldt bølgens amplitude med omkring ti procent ved hvert sving. Et større system skal derfor håndtere dæmpning, programmering og aflæsning samlet, før man kan vurdere dets praktiske energiforbrug og regneevne.

Det nye resultat viser et kontrollerbart sporskifte med en indbygget magnetisk indstilling. Næste afgørende prøve bliver at samle og omprogrammere flere sådanne elementer i et fysisk netværk og måle, hvordan de fungerer sammen.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.