Физики из Санкт-Петербурга разработали метод, позволяющий преобразовывать акустические импульсы в высокочастотные магнитные волны.
Это открытие приближает создание принципиально новых вычислительных устройств, которые будут работать быстрее и потреблять меньше энергии, чем современная электроника. Результаты исследования представила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Ученым впервые удалось сгенерировать при комнатной температуре высокочастотные спиновые волны — синхронные колебания магнитных моментов атомов — с помощью звукового импульса. Предложенный подход значительно проще существующих аналогов, что ускорит разработку энергоэффективных и высокоскоростных вычислительных систем. В таких устройствах обработка информации будет происходить за счет волн намагниченности, а не традиционного электрического тока, сообщает ТАСС.
Открытие совершила группа исследователей из Физико-технического института имени Иоффе РАН. В своей работе они опирались на эффект, открытый еще в 1934 году Павлом Черенковым и Сергеем Вавиловым. Лауреаты Нобелевской премии обнаружили, что разогнанные частицы начинают излучать волны, если движутся быстрее, чем максимально допустимая скорость света в данной среде. Похожим образом возникает, например, звуковой хлопок при переходе самолета на сверхзвуковую скорость.
Долгое время аналог этого эффекта для магнитных материалов оставался неизвестен — не существовало подходящего источника спиновых волн, способного двигаться через материал с нужной скоростью. Российские физики нашли решение, используя тонкие пленки из феррит-граната — современного магнитного материала, покрытого слоем золота.
Золотая прослойка выполняет ключевую роль: она преобразует сверхкороткие лазерные импульсы в акустические сигналы. Эти звуковые волны проникают в магнитный материал и запускают в нем эффект Вавилова-Черенкова, что приводит к формированию магнитных волн. Ученые могут управлять свойствами этих волн, изменяя силу внешнего магнитного поля и другие параметры, что позволит гибко настраивать их работу в реальных устройствах.
«Наше открытие позволит создать вентильный затвор для спиновых волн, в котором спиновая волна потенциально сможет воздействовать на намагниченность отдельного слоя. Такое устройство в перспективе будет реализовывать концепцию "вычислений в памяти" и выступать в роли базового функционального элемента вычислительной магноники, которая сможет дополнить или прийти на замену вычислительной электронике в некоторых задачах», — подытожил младший научный сотрудник ФТИ имени Иоффе Ярослав Филатов.
