«Наша текущая обработка информации основана на электронах», — объясняет доктор Гельмут Шультей. из Института физики ионных пучков и материаловедения HZDR. «Эти заряженные частицы текут по проводам, создавая электрические токи. Однако в процессе они сталкиваются с атомами и теряют энергию, которая уходит в кристаллическую решетку в виде тепла. Это означает, что чипы становятся тем теплее, чем ближе элементы на них сгруппированы вместе. В конце концов они терпят неудачу, потому что тепло больше не может передаваться ». Вот почему Шультей, глава исследовательской группы Эмми Нётер Джуниор, придерживается другого подхода: передачи информации с помощью спиновых волн, также известных как магноны.
Магнитный момент электроновСпин — это термин, который ученые используют для описания углового момента электронов, вращающихся вокруг своей оси.
Это заставляет электрические частицы вести себя как очень маленькие магниты. Вот почему в ферромагнитных материалах они выравниваются параллельно. «Если направить вращение в другом направлении, это повлияет также на соседние вращения», — сказал Шультей? объясняет. «Это создает спиновую волну, которая проходит через твердое тело. Ее можно использовать для транспортировки и обработки информации, как текущие носители заряда». Однако сами электроны в этом случае не двигаются. «Они ни с чем не сталкиваются и поэтому почти не выделяют тепла».
Тем не менее, чтобы победить в гонке за будущие методы обработки информации, необходимы системы, позволяющие контролировать распространение спиновых волн на наноуровне. «До сих пор подходы к решению основывались либо на геометрически заданных проводящих путях, либо на постоянном использовании внешних магнитных полей», — говорит Шультей, объясняя текущее состояние исследований. «В случае первого решения путь распространения не может быть изменен; однако это необходимо для разработки гибких схем. Второй метод решает эту проблему, но ценой огромного увеличения энергопотребления».Контролируемый путь распространенияУченые успешно разработали новую процедуру для целенаправленного управления спиновыми волнами, используя основные магнитные характеристики: остаточную намагниченность, то есть остаточный магнетизм, который твердое тело сохраняет после удаления магнитного поля, и образование так называемой области стены. «Этот термин обозначает область в твердых телах, где встречаются по-разному ориентированные магнитные домены», — сказал Шультей? объясняет.
Исследователи HZDR создали такую доменную стенку в наноструктуре сплава никель-железо в эксперименте. Затем они запустили спиновую волну с помощью микроволн.
Как показали их испытания, спиновые волны определенной частоты застревали в доменной стенке, потому что различные магнитные домены действуют как барьеры. «В некотором смысле можно сказать, что мы создали дорогу с защитным барьером, по которому вращательные волны движутся контролируемым образом», — сказал Шультей? весело описывает результат.Однако дрезденским физикам удалось отпраздновать еще один успех. Они манипулировали движением доменной стенки с помощью небольших внешних магнитных полей величиной намного ниже одного миллитесла, что примерно в сто раз слабее, чем у коммерческого подковообразного магнита.
При этом они аналогичным образом манипулировали распространением спиновых волн. «Это могло бы стать основой для дизайна реконфигурируемых наноцепей, в которых используются магноны», — сказал Шультей? — говорит, оценивая варианты. Тем не менее, исследователь считает, что до подачи заявки может пройти несколько лет. «Мы все еще находимся на этапе фундаментальных исследований.
Однако наши результаты показывают, что мы находимся на правильном пути».