Учёные из России и Белоруссии раскрыли и впервые продемонстрировали новый механизм сверхбыстрого переключения антиферромагнетика с помощью лазера через «скрытую» фазу вещества при комнатных температурах. Это может стать платформой для создания сверхбыстрых и защищённых от помех устройств обработки информации. О научном достижении сообщают ТАСС и Известия.
Исследованием занималась группа учёных из СГУ, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) и Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (Минск). Результаты исследования, поддержанного РНФ, опубликованы в одном из самых престижных и авторитетных научных журналов в области физики – Physical Review Letters.
«Полученные данные открывают новый путь для сверхбыстрого управления магнитным порядком в антиферромагнетиках, что имеет огромное значение для разработки энергоэффективных спинтронных устройств и систем магнитной памяти следующего поколения. Такие разработки повышают предел скоростей работы устройств обработки информации в сотни раз, являясь основой устройств с гораздо более низким энергопотреблением, сверхбыстрой скоростью переключения и устойчивостью к внешним помехам», – рассказали учёные.
Важность исследования
Для устройств обработки информации необходимо переключать микроскопические магнитные моменты. Традиционно для этого используют ферромагнетики, но их применение в современных системах ограничено низкой скоростью переключения. Перспективной быстрой альтернативой выступают антиферромагнетики – материалы, которые при отсутствии внешнего магнитного поля магнитноупорядочены. Однако надёжное управление их состоянием при комнатной температуре остаётся сложной задачей, стоящей перед учёными.
В работе продемонстрировано, что короткий лазерный импульс создаёт скрытую фазу материала, затем происходит поворот магнитной ориентации материала на 90 градусов. Эту скрытую фазу можно контролировать лазером и тем самым регулировать, насколько быстро произойдёт переключение и насколько полно оно завершится. Важно, что этот механизм продемонстрирован для температур слегка выше комнатной, что является критическим при создании устройств, отмечают исследователи.
«Мы продемонстрировали, что при температуре выше комнатной можно быстро и изящно управлять антиферромагнетиком с помощью лазера. Короткие лазерные импульсы переключают его магнитное состояние эффективнее, чем поле или ток, что указывает на перспективность этого подхода для создания устройств обработки информации», – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории физики ферроиков ФТИ имени А.Ф. Иоффе РАН А.В. Кузикова.
Механизм, раскрытый российскими и белорусскими учёными, будет особенно востребован в авионике, ядерной энергетике или квантовых компьютерах, отметили в вузе. В частности, он станет актуален для будущих технологий хранения данных, в задачах обработки сигналов, нейроморфных вычислений, машинного обучения и криптографии.
Работа стала возможной благодаря наличию в России уникальной установки фемтосекундной и терагерцевой спектроскопии в Санкт-Петербурге и уникальной установки мандельштам-бриллюэновского рассеяния света (BLS) в Саратове. Соавтор работы, доцент кафедры физики открытых систем СГУ А.В. Садовников рассказал, что благодаря совместному применению методов фемтосекундной магнитооптики и BLS-спектроскопии учёным удалось построить полную картину кинетики фазового перехода – от первых пикосекунд до наносекундного масштаба.
Подготовила Екатерина Савина, фото Александра Садовникова