Kredit:Daria Sokol/MIPT
Forskere fra Moskva Institut for Fysik og Teknologi, Kotelnikov Institut for Radioteknik og Elektronik, og N.G. Chernyshevsky Saratov State University har vist, at koblingselementerne i magnoniske logiske kredsløb er så afgørende, at en dårligt valgt bølgeleder kan føre til signaltab. Fysikerne udviklede en parametrisk model til at forudsige bølgelederkonfigurationen, der undgår signaltab, byggede en prototype bølgeleder, og testede modellen i et eksperiment. Deres papir blev offentliggjort i Journal of Applied Physics .
Det underliggende mål for forskningen i magnonisk logik er at skabe alternative kredsløbselementer, der er kompatible med den eksisterende elektronik. Det betyder udvikling af helt nye elementer, inklusive hurtigere signalprocessorer med lavt strømforbrug, som kunne inkorporeres i nutidens elektronik.
Ved design af nye enheder, forskellige komponenter er integreret med hinanden. Imidlertid, magnoniske kredsløb er afhængige af magnetiske bølgeledere i stedet for ledninger til dette. Forskere har tidligere formodet, at bølgeledere kunne have en negativ effekt på signalintensiteten ved transmission fra en komponent til en anden.
Den nylige undersøgelse foretaget af russiske fysikere har vist, at bølgelederne har en større effekt end forventet. Faktisk, det viser sig, at en dårligt valgt bølgeledergeometri kan resultere i fuldstændigt signaltab. Årsagen til dette er spin-bølgeinterferens. Bølgeledere er ekstremt miniature komponenter, måler hundrededele af en mikrometer, og på denne skala, der skal tages højde for den laterale kvantisering af signalet.
Undersøg medforfatter Alexander Sadovnikov og forsøgsopstillingen til Brillouin-spektroskopi. Kredit:Dmitry Kalyabin
Forskerne arbejdede på et optimeringsproblem:Hvordan designer man en bølgeleder til magnoniske kredsløb for at sikre maksimal effektivitet? Holdet udviklede en teori og en matematisk model til at beskrive bølgeudbredelse i bølgeledere i nanostørrelse. Til denne ende, seniorforsker Dmitry Kalyabin fra MIPTs Terahertz Spintronics Lab, tilpasset holdets tidligere resultater udviklet til akustiske systemer til at dreje bølger.
Hans kolleger i Saratov skabte derefter en prototype-enhed og verificerede Kalyabins beregninger ved hjælp af en metode kendt som Brillouin-spektroskopi. Denne teknik involverer at lave et "snapshot" af magnetiseringsfordelingen i en prøve efter dens eksponering for laserlys. Fordelingen observeret på denne måde kan så sammenlignes med teoretiske forudsigelser.
"Vi havde oprindeligt til formål at bygge en model, der gør det muligt at beregne en bølgeleders gennemstrømningsegenskaber, før den rent faktisk blev lavet. Vores forventning var, at optimering af formen på bølgelederen ville maksimere signaltransmissionseffektiviteten. Men vores forskning viste, at virkningerne af interferens var større end forventet, med suboptimale parametre, der nogle gange gør signalet fuldstændigt tabt, " sagde Sergey Nikitov, lederen af Terahertz Spintronics Lab og et tilsvarende medlem af det russiske videnskabsakademi.
Selvom forfatterne af papiret brugte eksemplet med en tilspidset smal ferromagnetisk bølgeleder til at demonstrere, hvordan deres model fungerer, den er anvendelig til hele udvalget af aktuelt anvendte bølgeledertyper.