Более шести лет назад физики из Технического университета Мюнхена обнаружили чрезвычайно устойчивые магнитные вихревые структуры в металлическом сплаве марганца и кремния. С тех пор они развивали эту технологию вместе с физиками-теоретиками из Кельнского университета.
Поскольку магнитные вихри микроскопичны и их легко перемещать, компьютерным компонентам может потребоваться в 10 000 раз меньше электроэнергии, чем сегодня с этой технологией, и хранить гораздо большие объемы данных. Результаты недавних исследований показали, что уникальные электромагнитные свойства скирмионов также могут быть использованы для создания эффективных и очень маленьких микроволновых приемников и передатчиков.Проводники, полупроводники и изоляторы
Для производства компьютерных микросхем требуются изоляционные, полупроводниковые и проводящие материалы. Сегодня магнитные вихревые структуры доступны для всех трех классов материалов. Важным преимуществом является то, что эти вихри легко реагируют на чередующиеся поля, так что информация может обрабатываться с высокой скоростью.
Группа физиков из Технического университета Мюнхена, Кельнского университета и Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) изучила динамическое поведение трех материалов.На основе результатов измерений команда разработала теоретическое описание поведения, применимое для всех трех классов материалов. «Этой теорией мы заложили важный фундамент для дальнейших разработок», — говорит профессор Дирк Грундлер, заведующий кафедрой физики функциональных многослоев в Техническом университете Мюнхена. «Таким образом, в будущем мы сможем идентифицировать материалы с особыми свойствами, которые нам необходимы для функциональных устройств».Чрезвычайно компактные частотные устройства
Типичные резонансные частоты скирмионов находятся в микроволновом диапазоне — частотном диапазоне мобильных телефонов, Wi-Fi и многих типов микроэлектронных пультов дистанционного управления. Благодаря устойчивости магнитных вихрей и легкости их возбуждения, скирмионные материалы могут стать основой для высокоэффективных микроволновых передатчиков и приемников.В то время как длина волны электромагнитных микроволн обычно находится в диапазоне сантиметров, длины волн магнитных спиновых волн, так называемых магнонов, в 10 000 раз короче. «В области микроэлектроники можно разработать гораздо более компактные или даже совершенно новые устройства из магнитных наноматериалов, таких как скирмионные материалы», — говорит Грундлер.Помимо самого материала, его форма также существенно влияет на электромагнитные свойства устройства.
Здесь также очень полезна недавно разработанная теория исследователей. Он может предсказать, какая форма обеспечивает наилучшие свойства для какого материала.«Хиральные магнитные материалы обещают множество новых функций с интересным взаимодействием электронных и магнитных свойств», — говорит д-р Маркус Гарст, физик из Института теоретической физики Кельнского университета. «Но для всех приложений важно предсказать возможности и ограничения различных материалов. Мы сделали большой шаг к достижению этой цели».
Работа финансировалась Европейским исследовательским советом (ERC Advanced Grant), Deutsche Forschungsgemeinschaft (TRR 80, SFB 608 и Nanosystems Initiative Munich, NIM), а также Высшей школой TUM.