Ученые СГУ нашли способ передачи сигналов без лишних потерь
Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) впервые в мире показали, что спиновые волны — особые колебания магнитного поля — можно направлять по разным «дорожкам» с помощью магнонного резервуара на основе магнитного метаматериала — резонатора в Т-образном модуле.
В эксперименте исследователи использовали пленку железо-иттриевого граната (YIG), известную тем, что в ней почти не теряется энергия. С помощью лазерной обработки в пленке сделали миниатюрный резонатор и увидели с помощью установки бриллюэновской спектроскопии, как сигнал можно «разводить» по разным каналам. По сути, это маленький маршрутизатор, работающий не на электронах, а на магнитных колебаниях — магнонах.
Главное отличие магноники от привычной электроники в том, что здесь нет движущихся электронов, которые нагревают схему и тратят энергию. Информация передается не током, а «рябью» в магнитной среде. Это значит, что устройства будущего смогут работать на порядок экономичнее и быстрее — речь идет о частотах в десятки гигагерц, а в перспективе и о субтерагерцевом диапазоне.
Ученые выяснили, что если менять частоту, то спиновые волны можно направлять либо в одну ветвь системы, либо в другую. Так удалось доказать управляемость: сигнал можно отправить туда, куда нужно, и при этом избежать лишних потерь. Это открывает путь к созданию процессоров, запоминающих устройств и маршрутизаторов нового поколения, которые будут работать почти без нагрева и с минимальным энергопотреблением.
«Созданные структуры могут лечь в основу принципиально новых процессоров и запоминающих устройств. Они будут работать на высоких частотах при минимальном энергопотреблении и интегрироваться в большие схемы», — отметил один из авторов исследования, заместитель директора Научно-исследовательского института механики и физики СГУ Александр Садовников.
По мнению ученых, практическая польза открытия огромна. В будущем его использование позволит создавать смартфоны и ноутбуки, которые держат заряд намного дольше и меньше греются. Для телекоммуникаций — это более быстрые и устойчивые каналы связи, для медицины — сверхчувствительные сенсоры, способные фиксировать слабейшие магнитные поля организма, а для науки — шаг к квантовым компьютерам и нейроморфным системам.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».