Захват магнитной волны – перспектива для более энергоэффективных вычислений

Команда физиков получила снимки предполагаемой теоретически, но ранее не обнаруживаемой, магнитной волны, открытие которой может привести к более энергоэффективным методам передачи данных в бытовой электронике.

«Это захватывающее открытие, поскольку оно показывает, что малые магнитные волны - известные как спиновые волны - можно объединить в большую волну в магните, волну, которая может поддерживать свою форму в процессе движения, - объясняет Эндрю Кент (Andrew Kent), профессор физики в Университете Нью-Йорка и ведущий автор исследования. - Это открытие было сделано с помощью специализированного рентгеновского метода, который может фокусироваться с очень высоким пространственным разрешением на конкретных магнитных элементах, что обеспечивает большее понимание их поведения».

«Магнетизм был использован для навигации в течение тысяч лет и в последнее время, чтобы построить генераторы, двигатели и устройства хранения данных, - добавляет соавтор Хендрик Олдаг (Hendrik Ohldag), ученый из Стэнфордской лаборатории синхротронного излучения (SSRL), где был обнаружен солитон. - Однако магнитные элементы в основном рассматривались как статические и однородные. Чтобы раздвинуть пределы энергетической эффективности в будущем, мы должны лучше понять, как ведут себя магнитные устройства на наносекундной временной шкале, поэтому мы используем этот специальный сверхбыстрый рентгеновский микроскоп».

Эти магнитные волны, которые известны как солитоны, или уединенные волны, были теоретически предсказаны в магнитах в 1970-х. Они возникают вследствие хрупкого равновесия магнитных сил, во многом подобно тому, как водяные волны образуют цунами. Однако эти магнитные волны не разрушительны; они могли бы потенциально быть использованы для передачи данных в магнитных цепях гораздо более энергоэффективными методами, чем существующие, включая перемещение электрического заряда.

Это следствие того, что солитоны являются устойчивыми объектами, которые преодолевают сопротивление или трение без затухания в процессе своего движения. В отличие от этого, электроны, используемые для передачи данных на сегодняшний день, генерируют тепло из-за сопротивления и следовательно, требуют дополнительной энергии, например, от батареи, чтобы передавать данные по назначению.

Для своих исследований ученые развернули рентгеновский микроскоп в Стэнфордской лаборатории синхротронного излучения, использующий для отображения поведение конкретных магнитных атомов в материалах метод сродни тому, как рентгеновские лучи используются для изображения человеческого тела. Техника обеспечивает чрезвычайно высокое пространственное и временное разрешение. Ученые создали условие в магнитных материалах, при котором солитоны должны возникать путем введения в материал электрического тока, возбуждающего спиновые волны.

Они наблюдали резкое возникновение магнитных волн с четко определенным пространственным профилем, который соответствовал предсказанной форме одиночной магнитной волны, то есть магнитного солитона.

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