Найден способ контроля нанометровых магнонов, оптимальных для спинтроники

Спиновые волны, иначе называемые магнонами, это многообещающая альтернатива электричеству в становящихся всё более миниатюрными чипах. Физики из Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) вместе с международными партнёрами смогли создать чрезвычайно коротковолновые спиновые волны и управлять ими.

До сих пор на пути к практическому применению спиновых волн стояли две фундаментальные проблемы: длина генерируемых волн была недостаточно мала для нанометровых структур микросхемах, и не существовало надёжного способа управления такими волнами. Доктор Себастьян Винц (Sebastian Wintz) из Института физики ионного луча HZDR и его коллеги в журнале Nature Nanotechnology предложили решение обеих проблем.

В отличие от искусственных антенн, обычно применяемых для возбуждения волн, учёные использовали антенну, которая естественным образом формируется внутри материала. Для этого они изготовили образцы, состоящие из двух ферромагнитных дисков, связанных антиферромагнитно через рутениевый разделитель. Материал дисков был выбран таким, чтобы спины предпочитали выстраиваться вдоль определённых осей в пространстве, формируя требуемую картину: зоны с разной намагниченностью, разделяемые так называемыми доменными стенками.

Затем ученые подвергли эти опытные образцы воздействию магнитных полей, чередующихся с частотой от 250 МГц до 3 ГГц. С помощью рентгеновского микроскопа, предоставленного Институтом интеллектуальных систем имени Макса Планка в Штутгарте, они наблюдали, как спиновые волны с параллельными волновыми фронтами распространяются перпендикулярно доменной стенке.

Такие волны, по идее, должны затухать медленнее, чем со сферическим фронтом (как от камня, брошенного в воду), и действительно, рентгеновские изображения показали, что при длине волн примерно 100 нанометров они проходили несколько микрометров без заметного ослабления сигнала.

Авторы также нашли потенциальный способ управления этим новым носителем информации. Они установили частоту симуляции ниже половины гигагерца — в этом случае спиновые волны оставались захваченными стенкой домена, которая превращалась в магнонный волновод. Следуя вдоль неё, волны могли двигаться даже по криволинейным траекториям.

Полученные результаты создают предпосылки к практической реализации магнонных волноводов в виде одномерных доменных стенок для будущих логических и вычислительных схем спинтроники.

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