Излучателем нанометровых спиновых волн стал магнитный вихрь

Со спиновыми магнитными волнами (магнонами) ученые связывают перспективы быстрой и эффективной передачи информации во все более миниатюрных чипах. Важный шаг на пути к осуществлению этого сделали сотрудники немецкого исследовательского центра HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf). Они первыми в мире добились успеха в генерировании магнонов в нанометровом диапазоне длин волн, достаточно коротких для использования в будущих информационных приложениях.

Традиционно для излучения спиновых волн используются миниатюрные металлические антенны, через которые пропускается высокочастотный переменный ток. Длина генерируемых волн при этом сопоставима с размерами антенны. Но для нанометровых волн такой подход не работает — на современном этапе развития технологий невозможно изготовить настолько малогабаритные высокочастотные антенны.

Поэтому, базирующейся в HZDR команде учёных из Германии, Швейцарии и США пришлось изобрести абсолютно новый способ получения ультракоротковолновых магнонов. В качестве естественной антенны использовалось ядро магнитного вихря, образованного в небольшом и сверхтонком ферромагнитном диске.

В его ограниченном объёме все спины не могут выстроиться параллельно и образуют концентрические круги, а в небольшой области по центру (диаметром несколько нанометров) они ориентируются перпендикулярно плоскости диска. При воздействии на эту центральную область переменным магнитным полем генерируются спиновые волны.

Для того, чтобы уменьшить длину волны получаемых магнонов, поверх одного диска ученые поместили другой, разделив их тонкой немагнитной прослойкой. Между этими дисками возникает антиферромагнитная связь — спины пытаются сориентироваться в противоположных направлениях — из-за чего длина испускаемых спиновых волн многократно уменьшается.

Высокоскоростная видеосъёмка этого процесса под микроскопом в рентгеновских лучах показала, что длину волны можно точно настраивать подбором частоты возбуждения. Это было подтверждено результатами расчётов на основании модели, разработанной в Оклендском университете (штат Мичиган). Теоретики предсказали и ещё одно интересное для задач обработки сигналов явление, которое только ожидает экспериментального подтверждения: на скорость спиновых волн сильное влияние должно оказывать направление их распространения (вперёд или назад).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365