Физика

Спиновыми волнами научились управлять новым способом

Экспериментальная установка

Николай Хохлов/Александра Калашникова

Сотрудники Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН вместе с британскими коллегами использовали нетрадиционный материал и новый механизм для возбуждения спиновых волн и выяснили, что это открывает новые возможности для эффективного управления параметрами волн. Исследование поможет в разработке высокопроизводительных устройств магноники. Результаты поддержанной Российским научным фондом и Российским фондом фундаментальных исследований работы опубликованы в журнале Physical Review Applied.

В настоящее время большинство устройств обработки информации — электронные, и их работа основана на переносе электрических зарядов. Это приводит к неизбежному нежелательному нагреву и потерям энергии при вычислениях, например, в микропроцессорах. Поэтому сейчас ученые находятся в поисках различных альтернатив электронике. Одним из перспективных направлений считается магноника.

В устройствах магноники информация передается в форме особого типа волн — спиновых (спиновая волна и называется магноном). При этом такая волна переносит в пространстве не электроны, а лишь их угловой момент — спин. Сейчас уже существуют лабораторные прототипы логических элементов для вычислений на магнонах. Но для перехода от прототипов к реальным устройствам и их массового применения необходимо найти или создать такие материалы, в которых спиновые волны имели бы наилучшие характеристики. Также необходимо разработать методы быстрого и эффективного управления параметрами волн в этих материалах.

В своем исследовании сотрудники ФТИ имени А. Ф. Иоффе (большинство из которых — молодые ученые) и Ноттингемского университета совместили подходы магноники и сверхбыстрого магнетизма. Авторы использовали фемтосекундный лазерный импульс для того, чтобы локально нагреть образец и изменить магнитные свойства материала за одну пикосекунду, то есть триллионную долю секунды. В частности, лазерный импульс изменял магнитную анизотропию исследуемого образца — свойство, заставляющее спины ориентироваться по определенным направлениям в материале. Основная идея экспериментов состояла в том, что такое быстрое изменение анизотропии отклонит спины от их начального направления и, соответственно, запустит бегущую спиновую волну.

«Мы показали, что распространяющиеся спиновые волны успешно возбуждаются лазерным импульсом за счет этого механизма. Важным моментом в работе является то, что для проведения наших экспериментов мы использовали нестандартный для магноники материал — галфенол, особый сплав железа с галлием», — отметил один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории физики ферроиков ФТИ им. А.Ф. Иоффе Николай Хохлов.

В ходе исследования авторы выяснили, что распространяются спиновые волны в тонких пленках галфенола ничуть не хуже, чем в других, традиционных для магноники материалах. Также оказалось, что, выходя за пределы нагретой лазерным импульсом области, спиновая волна изменяется. В дальнейшем авторы планируют управлять свойствами магнонов, изменяя параметры возбуждающего лазерного импульса.

«Наша работа указывает на новые, еще неизученные возможности, которые открывает использование лазерных импульсов для управления устройствами магноники на пикосекундных временных масштабах. Используемый нами сверхбыстрый лазерный локальный нагрев имеет преимущества по сравнению с электрическими токами, которые уже применяются для управления спиновыми волнами», — подчеркнул Николай.

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.