Американские исследователи нашли способ управлять вращением магнонов с минимальными затратами энергии, что позволит передавать данные без привычного электрического тока. Об этом сообщает «Хайтек» со ссылкой на исследование в журнале Physical Review Letters.
Команда ученых из Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США под руководством Роба Маккуини изучила поведение крошечных магнитных волн внутри экзотических материалов. Эти квазичастицы — магноны — представляют собой коллективные колебания магнитных моментов атомов, которые бегут по кристаллу подобно ряби на воде.
В зависимости от того, куда они закручиваются, волны ведут себя как волчок и вращаются либо по часовой стрелке, либо против нее. Главная ценность магнонов для электроники будущего заключается в том, что они переносят энергию и информацию без электрических зарядов, а значит, не нагревают микросхемы.
Для экспериментов физики выбрали ферримагнетики — особый класс материалов, которые содержат два типа магнитных атомов с противоположно направленными, но неравными по силе магнитными полями. Внутри таких веществ одновременно существуют и «правые», и «левые» магноны.
До сих пор ученые не умели легко переводить волну из одного состояния в другое, поскольку для запуска каждого типа вращения требовался свой уровень энергии. Авторы работы исследовали поведение волн в специальных квантовых металлах со структурой кагоме, кристаллическая решетка которых напоминает традиционное японское плетение корзин из треугольников и шестиугольников.
Наблюдения показали, что в соединении тербия, марганца и олова магнитные волны просто пересекаются и не влияют друг на друга. Однако в похожем кристалле, где тербий заменили на редкоземельный элемент эрбий, «правые» и «левые» магноны начали активно взаимодействовать и смешиваться.
Ученые воздействовали на материал внешним магнитным полем и смогли плавно переключать направление этих волн, тратя на процесс ничтожно мало энергии. Новая технология откроет инженерам путь к созданию сверхэффективных магнитных чипов и квантовых вычислительных систем следующего поколения.
Обложка: magnific
