Wissenschaft04.11.2026, 21:57 UTC·2 Min. Lesezeit

Magnonen halten ihre Energie länger als gedacht – Chance für Spintronik

Forschende am Paul Scherrer Institut zeigen: Magnonen behalten ihre Energie deutlich länger als angenommen. Das könnte stromsparende Spintronik voranbringen.

Illustration of magnetic spin waves travelling through a crystal lattice struck by a laser pulse. — Bild: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

Magnonen, die Quantenanregungen von Spinwellen, behalten ihre Energie deutlich länger als bisher angenommen. Das haben Forschende des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz herausgefunden. Der Befund stärkt die Spintronik, eine Technik, die Informationen mit weit weniger Energie verarbeiten könnte als herkömmliche Elektronik. Die Ergebnisse erschienen in Nature Communications.

Spin statt Ladung

Heutige Prozessoren arbeiten, indem sie elektrische Ladung durch Schaltkreise bewegen. Das hat enorm leistungsfähige Geräte ermöglicht, doch der Stromfluss erzeugt Wärmeverluste, und die weitere Verkleinerung der Transistoren wird schwieriger. Die Spintronik nutzt neben der Ladung auch den Spin der Elektronen, eine Quanteneigenschaft, die mit dem magnetischen Moment verbunden ist.

Bewegen sich die Elektronenspins in einem Material koordiniert, entstehen Spinwellen; ihre Quantenanregungen heißen Magnonen. Sie können Energie und Information durch ein Material tragen, ohne dass sich Elektronen wie in klassischen Schaltungen bewegen müssen. Deshalb gelten sie als interessanter Kandidat für künftige Rechenarchitekturen.

Was das Experiment zeigte

Untersucht wurde Kupferoxid, ein magnetisches Material mit starker Kopplung zwischen Magnetismus und Atomschwingungen. Ein extrem kurzer, intensiver Laserpuls regte die Elektronen an, veränderte ihre Spins und erzeugte Magnonen, alles im Bereich von Femtosekunden. Danach wechselwirkten die Anregungen miteinander und bildeten ein ungeordneteres Wellenmuster. Erst später gaben sie Energie an Gitterschwingungen ab, sogenannte Phononen.

Die wichtigste Beobachtung betrifft diesen letzten Schritt: Die Energieübertragung von Magnonen auf Phononen dauerte Nanosekunden, viel länger als bei einem Material mit so starken magnetischen und atomaren Wechselwirkungen erwartet.

Für die Messung kombinierte das Team mehrere Methoden: intensive Röntgenpulse eines Freie-Elektronen-Lasers, Pump-Probe-Messungen und eine neue Anwendung der zeitaufgelösten resonanten inelastischen Röntgenstreuung zusammen mit zwei bekannten Röntgenverfahren. So ließen sich Prozesse auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen verfolgen.

Nach Ansicht der Forschenden spielen Unterschiede in den Energie-Impuls-Beziehungen von Magnonen und Phononen eine wichtige Rolle, weil sie die Effizienz der Energieübertragung begrenzen. Wer diesen Mechanismus besser versteht, kann Materialien entwerfen, deren Magnonenlebensdauer gezielt steuerbar ist – etwa für energiesparende Logikschaltungen und neue Rechenarchitekturen.

Apps, die sich lohnen

SUMO: das Zahlenrätsel

Tippe die richtigen Felder, addiere, triff das Ziel. Leicht zu lernen, schwer zu meistern. Kostenlos, für jedes Alter.

Dialo: Sprachen lernen durch Sprechen

Sprich mit einem KI-Gesprächspartner; jeder Satz kommt korrigiert und in deiner Sprache erklärt zurück. 9 Sprachen, A1 bis C2.

ediviewer: EDI-Dateien wie Dokumente lesen

EDIFACT- und X12-Nachrichten öffnen, jedes Segment verständlich erklärt, in JSON/XML umwandeln, als PDF und Excel exportieren. Läuft lokal, kein Upload.

giftdetect: das passende Geschenk in Minuten

Wähle, für wen es ist, den Anlass und die Persönlichkeit. Die Suchmaschine liest Produktbeschreibungen lokaler Shops und sortiert, was passt. Kostenlos, ohne Anmeldung.

Schlagwörter:magnonsspintronicspaul scherrer institutenature communicationsenergy-efficient computing