Международная команда из Делфта, Ланкастера, Неймегена, Киева и Салерно продемонстрировала новую технику генерации магнитных волн, которые распространяются через материал со скоростью, намного превышающей скорость звука. (Изображение: Университет Ланкастера)
 | Epoch Times Россия
Международная команда из Делфта, Ланкастера, Неймегена, Киева и Салерно продемонстрировала новую технику генерации магнитных волн, которые распространяются через материал со скоростью, намного превышающей скорость звука. (Изображение: Университет Ланкастера)

Исследователи запускают спиновые волны в наномасштабе в поисках низкоэнергетических вычислений

Автор: 03.09.2021 Обновлено: 03.09.2021 11:09
Международная команда из Делфта, Ланкастера, Неймегена, Киева и Салерно продемонстрировала новую технику генерации спиновых волн, которые распространяются через материал со скоростью, намного превышающей скорость звука.

Эти так называемые спиновые волны производят намного меньше тепла, чем обычные электрические токи, что делает их многообещающими для будущих вычислительных устройств со значительно сниженным энергопотреблением. Физики и инженеры со всего мира постоянно думают о способах повышения производительности устройств обработки данных. Многие из их идей вращаются вокруг замены электрических токов, которые передают сигналы в обычной электронике, волнами.

Эти так называемые магнитные спиновые волны производят намного меньше тепла, чем обычные электрические токи, что делает их многообещающими кандидатами для будущих вычислительных устройств со значительно сниженным энергопотреблением.

Волны — это когерентные возбуждения, а это означает, что информация может быть закодирована как по амплитуде, так и по фазе волны. Интерференция и дифракция, естественные явления для волн любой природы, позволяют создавать так называемые логические схемы на основе волн, крошечные строительные блоки для будущих приложений обработки данных. Поскольку волны проходят через материалы со значительно меньшим сопротивлением, чем электрические токи, они могут значительно снизить энергопотребление в будущих вычислениях.

Спиновые волны в антиферромагнетиках

Магнитные волны, также называемые спиновыми волнами, являются одними из наиболее многообещающих кандидатов для устройств на основе волновой логики. Эксперименты с использованием спиновых волн в обычных (ферро) магнитах показали, что можно создавать небольшие логические устройства без использования электрических токов.

Ферромагнетики характеризуются чистой намагниченностью. Благодаря последнему мы можем записывать и считывать магнитную информацию на ферромагнетиках с помощью внешнего магнитного поля. В последние годы наблюдается смещение акцента в сторону использования антиферромагнетиков. В антиферромагнетиках микроскопические магнитные моменты соседних атомов — спины — тесно связаны и чередуются между двумя противоположными ориентациями, так что суммарная намагниченность отсутствует.

Существование этого чередующегося порядка приводит к значительно более высоким скоростям распространения спиновых волн и возможности рабочих тактов терагерцового (триллионного) диапазона частот. Однако отсутствие намагниченности также делает антиферромагнетики магнитно «невидимыми»: очень трудно обнаружить антиферромагнитный порядок и повлиять на него. Практика показала, что генерировать и обнаруживать спиновые волны, которые могут проходить через антиферромагнитные среды, ещё сложнее.

В результате концепции вычислений, основанные на антиферромагнитных спиновых волнах, до сих пор существовали как теоретически привлекательная, но экспериментально неизученная область захватывающих возможностей. Поэтому поиск новых способов управления «магнитными моментами» в антиферромагнетиках имеет решающее значение.

Международная группа исследователей теперь преуспела в создании когерентных магнитных волн нанометрового размера в антиферромагнетике, которые распространяются через материал со сверхзвуковой скоростью. Их уловка заключалась в использовании ультракоротких импульсов света как для создания, так и для обнаружения этих спиновых волн. Исследователь Йоррит Гортензиус из Делфтского технологического университета сказал:

«В то время как мы знали, что сверхкороткие импульсы света способны влиять на магнитные свойства антиферромагнитных материалов, возможность запускать коротковолновые, распространяющиеся спиновые волны со светом, по-прежнему оставалась неэкспонированной. Это потому что световым импульсам нет момента, необходимого для создания коротких волн — или большого момента — спиновых волн».

Местный сверхбыстрый удар

Уже несколько лет известно, что ультракороткие импульсы света могут быть ключом к созданию высокочастотных распространяющихся спиновых волн. В течение пикосекунды (одной миллионной доли секунды) такие импульсы могут встряхнуть упорядоченную магнитную систему и начать магнитное движение в антиферромагнетиках. Однако обычно возбуждённая область остаётся локализованной и не поддерживает распространение. Чтобы возбуждение перемещалось по материалу, требовался ещё один скрытый ингредиент. Исследователь Дмитрий Афанасьев сказал:

«Большинство антиферромагнитных материалов являются диэлектриками, что означает, что они прозрачны для видимого света. мы вместо используем ультрафиолетовый свет, сильно поглощающийся, что мы только вращаем спины ближайшие к поверхности материала, на так называемому кожи. комбинация ультрабыстрого удара с сильным управлением на поверхности материала, предназначенная для счёта, вызывающая распространение антиферромагнитных спиновых волн».

Спиновые волны имеют длину около 100 нм, что намного меньше длины волны света. Это заставляет исследователей полагать, что они могли создать ещё меньшие спиновые волны, даже если они не могут наблюдать их с помощью своих нынешних инструментов, сказал Йоррит Гортензиус:

«Поскольку спиновые волны очень маленькой длины, они наиболее интересны для создания высококомпактных вычислительных элементов, нам очень интересно знать, что такое предел».

Эта работа приближает будущие спин-волновые устройства в антиферромагнетиках к реальности. Ростислав Михайловский из ланкастерского университета говорит:

«Традиционно антиферромагнитные материалы считались практически безопасными, потому что они не имеют намагниченности. Однако недавно уникальные функциональные возможности антиферромагнитов вызвали настоящий взрыв в их исследованиях. Мы верим, что наши результаты стимулируют дальнейшее исследование антиферромагнитных спиновых волн и событие предназначения антиферромагнитного логического устройства».

Предоставлено: Университетом Ланкастера

Трой Оукс родился и вырос в Австралии и всегда хотел знать, почему и как все работает, что привело его к любви к науке. Он профессиональный фотограф и любит снимать красивые пейзажи Австралии. Он также является профессиональным охотником за штормами, где в настоящее время живет в Херви-Бэй, Австралия.

Источник: nspirement.com

Комментарии
Уважаемые читатели,

Спасибо за использование нашего раздела комментариев.

Просим вас оставлять стимулирующие и соответствующие теме комментарии. Пожалуйста, воздерживайтесь от инсинуаций, нецензурных слов, агрессивных формулировок и рекламных ссылок, мы не будем их публиковать.

Поскольку мы несём юридическую ответственность за все опубликованные комментарии, то проверяем их перед публикацией. Из-за этого могут возникнуть небольшие задержки.

Функция комментариев продолжает развиваться. Мы ценим ваши конструктивные отзывы, и если вам нужны дополнительные функции, напишите нам на [email protected]


С наилучшими пожеланиями, редакция Epoch Times

Упражения Фалунь Дафа
ВЫБОР РЕДАКТОРА