Международная группа физиков разработала способ напрямую наблюдать магноны — волны магнитных возбуждений внутри материала. Раньше ученым приходилось судить об их поведении косвенно, по результатам других измерений.
Магноны рассматривают как один из возможных носителей информации для вычислительных систем нового поколения. В отличие от современных микросхем, где данные передаются потоком электронов, в таких устройствах информацию могут переносить магнитные волны. Теоретически это позволит снизить энергопотребление и уменьшить нагрев электронных компонентов.
Новый метод получил название магнонной импульсной микроскопии. Там используется мягкое рентгеновское излучение и позволяет за одно измерение увидеть, как магноны распределены внутри материала и в каком направлении распространяются. Исследователи смогли зафиксировать магноны размером всего в несколько нанометров в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Такие волны особенно интересны разработчикам вычислительных систем нового поколения, поскольку позволяют передавать информацию на очень высоких скоростях.
Проблема заключалась в том, что наблюдать подобные объекты напрямую было крайне сложно. Новый метод впервые позволяет подробно изучать их движение и взаимодействие внутри материала. Для эксперимента ученые использовали железо-иттриевый гранат — один из самых изученных магнитных материалов. При сильном возбуждении магноны начинали активно взаимодействовать друг с другом и менять направление движения.
Новый метод позволил впервые наблюдать этот процесс напрямую. Магнитные волны изменяли прохождение рентгеновского излучения через материал, а полученная картина давала исследователям информацию об их размере, интенсивности и направлении распространения. Раньше такие данные приходилось получать косвенными методами.
По словам авторов работы, новый метод отличается высокой чувствительностью и позволяет получать данные значительно быстрее многих существующих подходов. При этом исследователям не нужно специально модифицировать или усложнять структуру материала перед экспериментом, что упрощает проведение измерений.
Технологию можно применять не только к одному типу магнитных материалов. В будущем получится изучать широкий спектр процессов, связанных с распространением и взаимодействием спиновых волн. В ходе эксперимента ученые также впервые напрямую зафиксировали сложные взаимодействия между магнонами, при которых энергия перераспределяется между несколькими волнами.
Исследователи считают, что новый подход поможет лучше понять поведение магнитных материалов и ускорит разработку магнонной электроники. В таких устройствах информацию будут передавать не электроны, как в современных микросхемах, а магнитные волны. Теоретически это позволит снизить энергопотребление и повысить скорость обработки данных.
В будущем ученые планируют адаптировать метод для изучения более сложных магнитных систем, включая антиферромагнетики, перспективный класс материалов для сверхбыстрой электроники нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Ранее мы писали о том, какие звуки издает магнитное поле Земли.
Источник: hi-tech.mail.ru