В новом исследовании учёные Саратовского государственного университета впервые в мире продемонстрировали возможность управления спиновыми волнами — колебаниями магнитного порядка в материале — с помощью специального магнонного резервуара на основе магнитного метаматериала. Этот резервуар представляет собой Т-образный модуль с миниатюрным резонатором.
В основе эксперимента — тонкая плёнка железо-иттриевого граната (YIG), известная исключительно низкими потерями энергии при распространении магнитных возбуждений. С помощью лазерной обработки в плёнке был сформирован резонатор, а с помощью бриллюэновской спектроскопии исследователи визуализировали, как спиновые волны можно направлять по разным «дорожкам». По сути, получился компактный маршрутизатор, где вместо электронов для передачи информации используются магноны — квазичастицы магнитных колебаний.
Главное преимущество магноники перед традиционной электроникой — отсутствие движущихся электронов, которые вызывают нагрев и рассеивают энергию. Здесь информация передаётся не электрическим током, а «волновой рябью» в магнитной среде. Это открывает путь к созданию устройств, работающих на частотах в десятки гигагерц, а в перспективе — и в субтерагерцовом диапазоне, при крайне низком энергопотреблении.
Эксперимент показал: изменяя частоту сигнала, можно управлять его траекторией — направлять спиновые волны либо в одну, либо в другую ветвь Т-образной структуры. Это доказывает возможность точного контроля над маршрутизацией без избыточных потерь. Такой подход может лечь в основу новых процессоров, элементов памяти и коммуникационных устройств, практически не нагревающихся в работе.
Практическое значение открытия велико. В перспективе это — смартфоны и ноутбуки с многократно увеличенным временем автономной работы, более надёжные и быстрые телекоммуникационные системы, а также сверхчувствительные магнитные сенсоры для медицины. Кроме того, технология приближает нас к реализации квантовых и нейроморфных вычислительных систем, имитирующих работу биологического мозга.
«Разработанные структуры способны стать основой принципиально новых процессоров и запоминающих устройств. Они будут функционировать на высоких частотах при минимальном энергопотреблении и легко интегрироваться в сложные микросхемы», — пояснил заместитель директора Научно-исследовательского института механики и физики СГУ А. В. Садовников.
Результаты исследования опубликованы в авторитетном журнале Applied Physics Letters. Работа выполнена в СГУ при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и соответствует приоритетным направлениям программы «Приоритет-2030».
.jpg)
