Ученые выявили факторы эффективности «проводов» магнонных устройств
Исследование «проводов» для магнонных устройств, основанных не на электрическом токе, а на токе спинов (магнитных моментов), провели физики из Института радиотехники и электроники (ИРЭ) им. В. А. Котельникова РАН и Саратовского госуниверситета совместно с американскими коллегами, 26 ноября сообщают на информационно-сервисном портале InScience.
Ученые добились с помощью изменения геометрических параметров магнитных структур управляемости эффективностью передачи сигнала. Их открытие раскрывает возможности технологий, которые смогут заменить классические электронные устройства.
Электрический ток в традиционных электронных устройствах выделяет тепло, что не дает возможности наращивать производительность компьютера за счет увеличения числа и плотности его компонентов. Магноника предлагает решить эту проблему: информация может передаваться с помощью квазичастиц спиновых волн — магнонов.
Отклонение спина от равновесного положения приводит к его круговым колебательным движениям, которые по цепочке передаются спинам во всем материале — возникает спиновая волна, способная передать информацию.
Магнонные устройства строятся на основе волноводов спиновых волн. Наиболее часто для этих целей используются пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), которые обеспечивают рекордно слабое затухание спиновых волн.
Для построения магнонных устройств с габаритами, сопоставимыми с современными электронными устройствами, необходимо изготавливать волноводные структуры малых размеров и учитывать геометрические факторы, влияющие на распространение волн.
Основой для изготовления исследуемых структур были взяты пленки монокристаллического ЖИГ с толщиной около одного микрона, учитывая при этом, что затухание спиновых волн увеличивается с уменьшением толщины, однако с технологической точки зрения достижимые размеры устройств тем меньше, чем тоньше пленка.
Ученые смогли изготовить и исследовать магнонные структуры с минимальными размерами до 10 мкм.
Руководитель проекта по гранту РНФ Юрий Филимонов поясняет: «Эти цифры, возможно, не столь впечатляющи, если их сравнивать с современной электроникой, где речь идет уже о нанометрах, но для магноники это значительный шаг вперед. Развитые нами технологии уже сейчас могут служить существенной миниатюризации классических спин-волновых устройств обработки СВЧ-сигналов и в перспективе их можно интегрировать в базовые технологии спинтроники по конвертации спинового и электрического токов».
В процессе исследования полученных структур ученые посылали СВЧ-сигнал на одну из антенн устройства и принимали его на другой. Они оценивали эффективность возбуждения спиновых волн и их прохождения между участками различной геометрии. Им удалось вывести ряд фундаментальных принципов, связывающих эффективность передачи сигнала с размерами и формой микроволновода и с расположением антенн.
Результаты экспериментов демонстрируют такое же ускорение передачи сигналов, которое ожидалось для квантовых компьютеров, что значительно превосходит возможности классических цифровых компьютеров.
