Новые перспективы микроэлектроники. Американские физики нашли неожиданную аналогию между магнетизмом и структурой графена
Читайте NV в Google
Спиновые волны на тонкой пленке с отверстиями, расположенными в гексагональной последовательности (Фото: Бобби Каман)
Исследователи из Инженерного колледжа Грейнджера при Университете Иллинойса (UIUC) сделали весомый шаг в развитии микроволновых технологий. Они продемонстрировали, что магнитные спиновые волны могут вести себя аналогично электронам в графене — сверхтонком материале с уникальными физическими свойствами.
Это открытие позволяет проектировать радиочастотные устройства, размер которых не будет превышать нескольких микрометров.
Графен известен своей гексагональной структурой («пчелиные соты»), где электроны движутся как безмассовые волны. Ведущий автор исследования Бобби Каман предположил, что если изменить физическую геометрию магнитного материала, придав ему форму графена, можно достичь похожего эффекта. Как выяснилось, аналогия между двумерной электроникой и магнитным поведением оказалась значительно глубже, чем ожидалось.
Для эксперимента команда создала так называемый магнонный кристалл — тонкую магнитную пленку с отверстиями, расположенными в виде гексагональной решетки. Магноны, или спиновые волны, — это коллективные колебания магнитных моментов внутри материала. Расчеты показали, что движение этих волн в созданной структуре подчиняется тем же математическим уравнениям, что и движение электронов в графене.
Профессор Аксель Хоффманн отметил, что разработанная система обнаружила девять различных энергетических зон для спиновых волн. Некоторые из них демонстрировали топологические эффекты, обеспечивающие чрезвычайно устойчивый перенос сигнала. Это дает четкое объяснение многим сложным явлениям, которые ранее наблюдались в магнонных кристаллах, но не были понятны науке.
Практическое значение этого открытия трудно переоценить для беспроводных и сотовых сетей. В частности, оно открывает путь к радикальной миниатюризации микроволновых циркуляторов — компонентов, направляющих радиосигналы только в одном направлении. Сегодня такие устройства являются достаточно громоздкими, однако переход на магнитные системы микрометрового масштаба позволит создавать значительно более компактные и эффективные гаджеты.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review X, не только улучшают современное сетевое оборудование, но и создают платформу для изучения экзотических физических явлений в двумерных системах.
