Sekskantet kobberskivegitter frigiver spin-bølgekontrol

En samarbejdsgruppe af forskere har potentielt udviklet et middel til at kontrollere spin-bølger ved at skabe et sekskantet mønster af kobberskiver på en magnetisk isolator. Gennembruddet forventes at føre til større effektivitet og miniaturisering af kommunikationsenheder inden for områder som kunstig intelligens og automationsteknologi.

Detaljer om undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Applied den 30. januar 2024.

I et magnetisk materiale er elektronernes spins justeret. Når disse spins gennemgår en koordineret bevægelse, genererer de en slags krusning i den magnetiske rækkefølge, kaldet spin-bølger. Spin-bølger genererer lidt varme og tilbyder en overflod af fordele for næste generations enheder.

Implementering af spin-bølger i halvlederkredsløb, som konventionelt er afhængige af elektriske strømme, kunne mindske strømforbruget og fremme høj integration. Da spin-bølger er bølger, har de en tendens til at forplante sig i tilfældige retninger, medmindre de kontrolleres af strukturer og andre midler. Som sådan bliver elementer, der er i stand til at generere, udbrede, overlejre og måle spinbølger, konkurrencedygtigt udviklet over hele verden.

"Vi udnyttede spin-bølgernes bølgelignende natur til at styre deres udbredelse direkte," påpeger Taichi Goto, lektor ved Tohoku University's Electrical Communication Research Institute, og medforfatter af papiret. "Vi gjorde det ved først at udvikle et fremragende magnetisk isolatormateriale kaldet magnetisk granatfilm, som har lave spin-bølgetab. Derefter arrangerede vi med jævne mellemrum små kobberskiver med diametre mindre end 1 mm på denne film."

Ved at arrangere kobberskiver i et sekskantet mønster, der ligner snefnug, kunne Goto og hans kolleger effektivt reflektere spin-bølgerne. Ved at rotere den magnoniske krystal (vist i figur 2) og ændre indfaldsvinklen for spin-bølger afslørede forskerne endvidere, at frekvensen, ved hvilken det magnoniske båndgab forekommer, forbliver stort set uændret i området fra 10 til 30 grader. Dette antyder potentialet for, at den todimensionelle magnoniske krystal frit kan styre udbredelsesretningen af ​​spin-bølger.

"Til dato har der ikke været nogen eksperimentelle bekræftelser på ændringer i spin-bølgens indfaldsvinkel for en todimensionel magnonisk krystal, der består af en magnetisk isolator og kobberskiver, hvilket gør dette til verdens første rapport," siger Goto.

Når vi ser fremad, håber holdet at demonstrere retningsstyringen af ​​spin-bølger ved hjælp af todimensionelle magnoniske krystaller og at udvikle funktionelle komponenter, der udnytter denne teknologi.

Flere oplysninger: Kanta Mori et al., Orienteringsafhængige todimensionelle magnoniske krystaltilstande i en ultralavdæmpende ferrimagnetisk bølgeleder, der indeholder omplacerede hexagonale gitter af Cu-skiver, Physical Review Applied (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061

Leveret af Tohoku University