INNOVENT auf der MAGNONICS 2023 in Frankreich
Dr. Carsten Dubs präsentierte die Forschungsergebnisse, die im Rahmen des EU-Projektes MANNGA erzielt wurden, dessen Ziel es ist, homogene, kristallographisch perfekte und magnetisch niedrig-dämpfende Schichten des Ferritmaterials Yttrium-Eisengranat (YIG) mit 3 Zoll Durchmesser mittels Flüssigphasenepitaxie (LPE) herzustellen. Dieses Basismaterial soll im Rahmen des Projektes dann für einen neuen Typ von Mikrowellenchip verwendet werden, der eine verlustarme Informationsverarbeitung mittels Spinwellen und chiralen Resonatoren ermöglicht. INNOVENT besitzt mit der LPE-Technologie ein Alleinstellungsmerkmal zur Herstellung von Eisengranat-Schichten mit Schichtdicken kleiner 100 nm.
Die weiteren 9 Posterbeiträge in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschergruppen aus Deutschland, Österreich, Frankreich und der Schweiz behandelten Themen der Grundlagen- und angewandten Forschung im Bereich der Magnonik, die im Wesentlichen die Entwicklung von Spinwellen-Bauelementen für einen energieminimierten Informationstransport und -verarbeitung zum Ziel haben.
Für diese Forschungsarbeiten entwickelte INNOVENT das Basismaterial, das in großer Breite zum Einsatz kam. Neben 3-Zoll Schichten, die den internationalen Stand der Technik für sub-100 nm-Schichten definieren, wurde eine der dünnsten YIG-Schichten mit 11 nm Schichtdicke für Grundlagenuntersuchungen zu magnonischen Gitterkopplern eingesetzt. Weiterhin wurde die Dämpfung von 100 nm dünnen Schichten bei milli-Kelvin-Temperaturen vermessen und eine neuentwickelte Spinwellen-Spektroskopie eingesetzt, um nichtreziproke Spinwellen zu charakterisieren. Außerdem konnte für diese Schichten erstmals die Wechselwirkung von magneto-akustischen Wellen im GHz-Bereich mit Mikrometer-Spinwellen auf einem Chip untersucht werden, die eine künftige Miniaturisierung von Telekommunikations-Mikrowellen-Modulen ermöglichen würde. Und erste, sehr erfolgversprechende Untersuchungen, erfolgten an einem „alt bekanntem“, von INNOVENT jedoch im submikrometer-Maßstab neu entwickeltem Material (Ga:YIG) mit senkrechter Magnetisierung, das für eine magnonische Datenverarbeitung noch besser geeignet ist, als das Paradematerial YIG. Es kann z.B. Spinwellen in Wellenleitern mit 90°-Krümmung transportieren, was eine Voraussetzung für den Einsatz in komplexen magnonischen Schaltkreisen darstellt.
Ein Ausdruck der fruchtbaren Zusammenarbeit vor allem mit den Forschergruppen der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (Philipp Pirro, Burkard Hillebrands) und der Universität Wien (Andrii Chumak) beweist die aktuelle Veröffentlichung von Qi Wang (Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, China) im Fachjournal SCIENCE ADVANCES. Diese zeigt einen Weg auf, wie man eine Beschränkung der minimalen Wellenlänge von Spinwellen, die normalerweise durch die Größe der photolithographisch hergestellten, induktiven Antennen gegeben ist, umgehen kann. Die Nutzung konventioneller Antennen und die selbstlimitierende Spinwellenemission ermöglicht nun ein vereinfachtes Design von magnonischen Schaltkreisen mit Millionen von Antennen auf einem Schaltkreis.
