Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) показали возможность генерации спиновых волн в тонкоплёночных структурах на основе оксида никеля на частотах выше 1 ТГц. Применение разработанной технологии в современных электронных устройствах повысит скорость их работы в тысячу раз.
В настоящее время информационные сигналы обрабатываются с помощью микросхем на основе полупроводников, однако эта технология имеет ряд недостатков. Для улучшения характеристик электронных приборов учёные СГУ развивают технологии альтернативной электроники на основе квантовых состояний в магнитных материалах, которые реализуются при комнатных температурах.
«В нашей работе мы предлагаем технологию использования антиферромагнитных сред для осуществления процессов обработки информации на принципах магнонной логики. При этом частоты быстродействия, то есть скорость работы устройства, в тысячу раз превышают частоты быстродействия известных устройств», – рассказал доцент кафедры физики открытых систем СГУ Александр Садовников.
Магнонная логика – это технология обработки информации, основанная на использовании магнонов – квантов спиновых волн, или колебаний намагниченности, локализованных в магнитных материалах. Частотами возбуждений спиновых волн можно управлять самыми различными способами, меняя свойства магнитных материалов, при этом можно получать разнообразные режимы работы устройств обработки информационных сигналов. На основе магнонной логики можно создавать более энергоэффективные, быстрые и надёжные компьютеры и новые типы памяти.
С помощью уникального комплекса мандельштам-бриллюэновской спектроскопии учёные СГУ при комнатной температуре получили режимы колебаний намагниченности оксида никеля на частотах до 1140 ГГц. Это в тысячу раз превосходит частоты колебаний в современных полупроводниковых устройствах, используемых для обработки сигналов. То есть позволит обрабатывать и передавать информацию с помощью разработанной технологии в тысячу раз быстрее.
Работа выполнена в крупнейших мировых центрах, занимающихся исследованием спиновой динамики антиферромагнитных материалов – в том числе в лаборатории «Магнитные метаматериалы» СГУ и Институте радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН.
«Совместно c коллегами нам удалось пронаблюдать нелинейные режимы колебаний спинов в антиферромагнитных материалах. При этом мы смогли управлять частотами генерации спиновых волн в спиновых осцилляторах на основе нового класса многослойных магнитных гетероструктур», – отметил Александр Садовников.
Предложенные результаты будут полезны для разработки перестраиваемых и высокочувствительных магнонных устройств на терагерцевых частотах, таких как детекторы, излучатели и анализаторы спектра.
Дальнейшие задачи коллектива учёных – найти новые материалы и создать на их основе технологии для разработки концепции управляемых устройств магнитной памяти и магнитных чипов для обработки информационных сигналов на частотах, превосходящих частоты современных процессоров.
Исследование на установке бриллюэновской спектроскопии выполнено в рамках проекта РНФ №20-79-10191 и реализуется по стратегическому проекту «ИКТ – Электроника» программы «Приоритет 2030».
Результаты опубликованы в журнале «Results in Physics».
