Сильно связанные спиновые волны и поверхностные акустические волны при комнатной температуре
При комнатной температуре удалось создать сильную связь между двумя формами волн в тонкой пленке — магнонами и фононами. Так как обычные звуковые волны на поверхностях плохо связываются с магнитами, то были использованы поперечные звуковые волны, которые лучше для этого подходят. В эксперименте был использован наноструктурный резонатор поверхностных акустических волн, который ограничивает ультразвуковые волны в определенном месте и усиливает поперечные звуковые волны, обеспечивая сильную связь между поверхностными звуковыми волнами и магнитами в резонаторе. Благодаря этому исследователям удалось добиться сильной магнитно-звуковой связи в пленке Co20Fe60B20 при комнатной температуре.
Схематическая иллюстрация.
Фото: Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.056704.
Команде под руководством исследователей из Центра исследований новых веществ RIKEN в Японии удалось создать сильную связь между двумя формами волн — магнонами и фононами — в тонкой пленке. Важно отметить, что они достигли этого при комнатной температуре, открыв путь для разработки гибридных волновых устройств, в которых информацию можно было бы хранить и манипулировать различными способами.
Большинство используемых сегодня вычислительных устройств основаны на движении электрического заряда — электронов — но существуют ограничения на скорость перемещения электронов, а их движение генерирует тепло, что приводит к потерям энергии и нежелательно для окружающей среды.
В ответ ученые работают над разработкой устройств, которые используют волновые формы энергии, такие как звук, свет и вращение, поскольку потенциально они могут привести к созданию устройств без потерь.
В текущем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, ученые рассмотрели две волнообразные формы: магноны — квазичастицы, которые представляют собой коллективное возбуждение спинов, магнитное свойство, и фононы — акустическое явление, которое в данном случае состоит из поверхностных волн, распространяющиеся по пленке.
Хотя другие группы пытались это сделать, возникла проблема: обычные звуковые волны на поверхностях плохо связываются с магнитами. Команда смогла взломать этот код, используя другой тип звуковых волн, называемый поперечными звуковыми волнами, которые лучше подходят для магнитов.
Ключевым элементом, который сделал эту работу возможной, было небольшое встроенное в кристалл устройство, называемое наноструктурным резонатором поверхностных акустических волн. Он ограничивает ультразвуковые волны в определенном месте и усиливает поперечные звуковые волны, обеспечивая сильную связь между поверхностными звуковыми волнами и магнитами в резонаторе. Благодаря этому исследователям удалось добиться сильной магнитно-звуковой связи в пленке Co20Fe60B20 при комнатной температуре.
По словам Хорхе Пуэблы, другого автора исследования: «В частности, мы чувствуем, что наша работа будет способствовать изучению когерентно связанных магнон-фононных квазичастиц, что может помочь в разработке гибридных устройств обработки информации на основе волн с относительно небольшими потерями.
«Помимо этого, на горизонте появляются два интригующих пути: достижения в наших устройствах могут привести нас к режиму сверхсильной связи, области, которую еще предстоит полностью изучить; альтернативно, проводя аналогичные эксперименты при сверхнизких температурах, мы имеем возможность потенциал для исследования квантовых явлений».
