Российские физики из Физико‑технический институт имени Иоффе РАН разработали инновационный способ генерации высокочастотных магнитных волн при комнатной температуре с помощью звуковых импульсов. Это стало возможным благодаря новому подходу, который может существенно ускорить разработку энергоэффективных вычислительных устройств следующего поколения.
Результаты исследования, выполненного при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в международном научном журнале Nature Physics.
От звука к магнетизму: в чем суть открытия
Современные электронные устройства работают за счет перемещения электрических зарядов, что вызывает тепловые потери и накладывает ограничения на скорость обработки данных. Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые давно ищут способы использовать альтернативные носители информации — в частности, спиновые волны, представляющие собой синхронные колебания «магнитных стрелок» атомов. Эти волны могут передавать информацию без существенных тепловых потерь.
До сих пор генерация спиновых волн требовала крупногабаритных антенн и сложных технических решений. Российским исследователям удалось упростить этот процесс: они использовали лазерный импульс для запуска сверхкороткого звукового сигнала в магнитном материале (феррит-гранат с тонким золотым покрытием), что привело к появлению спиновых волн строго заданной длины.
Этот эффект реализован через аналог эффекта Вавилова-Черенкова, ранее известного в акустике и физике частиц. Когда источник волн движется быстрее, чем скорость распространения волны в среде, создается мощный фронт — подобно ударной волне, возникающей при переходе самолета на сверхзвуковую скорость.
Перспективы для технологий магноники
Ученые также научились «настраивать» частоту получаемых спиновых волн, изменяя силу внешнего магнитного поля. Компьютерное моделирование подтвердило наблюдаемые эффекты. Это открывает путь к созданию функциональных элементов магноники — нового класса устройств, в которых информация будет обрабатываться волнами намагниченности, а не потоком электронов.
Такие технологии могут лечь в основу энергоэффективных вычислительных платформ, где тепло не будет главным ограничителем производительности. В долгосрочной перспективе это позволит реализовать концепцию «вычислений в памяти», когда элементы обработки информации интегрируются непосредственно в запоминающие структуры систем.
В дальнейшем мы планируем использовать эффект Вавилова-Черенкова для создания вентильных элементов спиновых волн, которые станут основой новых вычислительных систем.Ярослав Филатов
Ранее мы рассказали, как пикосекундные лазеры выводят на новый уровень криоэлектронную микроскопию.