Магноника — это развивающаяся технология, в которой спиновые волны используются в качестве альтернативы традиционным электрическим сигналам. Спиновые волны представляют собой коллективные возбуждения электронных спинов в магнитных материалах. До сих пор распространение этой технологии сдерживалось необходимостью влияния внешнего магнитного поля, то есть встраивать такие устройства в микросхемы было невозможно.
Новое устройство преодолевает это препятствие. Оно миниатюрно — всего 100 на 150 квадратных микрометров, что значительно меньше современных устройств обработки радиочастотных сигналов на акустических волнах. Устройство полностью интегрировано на кремнии и совместимо с существующими электронными платформами. Но главное то, что оно работает без внешних магнитов благодаря инновационной комбинации постоянных микромагнитов из самарий-кобальта и концентраторов магнитного потока.
Волновод для спиновых волн изготовлен из сплава кобальта, железа и бора и оснащен двумя антеннами для ввода и вывода радиочастотного сигнала. Поперечное магнитное поле можно точно модулировать, изменяя расстояние между магнитами и концентраторами. Это позволяет настраивать рабочую частоту в диапазоне от 3 до 8 гигагерц и регулировать фазовый сдвиг до 120 градусов на частоте 6 гигагерц.
Прототипы устройства уже функционируют как линии задержки и фазовращатели без применения внешнего магнитного поля. Конструкция может быть объединена с микроэлектромеханическими системами для перенастройки устройств в реальном времени. Выбор микромагнитов из самарий-кобальта обеспечивает стабильность работы при температурах до 200°С и генерацию магнитного поля без потребления энергии.
«Этот результат — решающий шаг к переходу спиновых волн от ярких опытов в стенах лабораторий к технологии, которую действительно можно встроить в телекоммуникационные системы и электронные схемы и использовать в повседневной жизни», — объясняет научный сотрудник Миланского политехнического университета Риккардо Бертакко.
«Эта разработка является ключевым прорывом в области магноники и приближает нас к моменту, когда чипы на спиновых волнах будут интегрированы в электронные устройства», — добавляет Сильвия Такки из Института материалов Национального исследовательского совета Италии.
Координатор проекта Филипп Пирро из Рейнланд-Пфальцского технического университета отмечает: «Опираясь на этот успех, мы можем браться за следующие задачи, в частности, заняться повышением эффективности передачи. Мы уверены, что уже скоро сможем представить готовые к продаже и установке устройства для 6G на основе автономных чипов со спиновыми волнами».
Инновация открывает путь к компактным, энергоэффективным и высокопроизводительным устройствам, которые можно будет применять не только в телекоммуникациях, но и в потребительской электронике, автопроме и медицинской диагностике.
Ранее ученые открыли удивительное магнитное состояние, которое может стать основой для технологий памяти будущего.