 На протяжении многих лет информация в электронике передавалась путем перемещения электронов. Теперь подобная метод передачи информации медленно подходит к концу. Тенденция к использованию более компактных чипов является важнейшей задачей для производителей, так как увеличение миниатюризации создает частично неразрешимые физические проблемы. Именно поэтому магнитные спиновые волны могут стать будущим методом переноса информации – они более быстры, чем электронные носители заряда, и потребляют меньше энергии. Исследователи из Дрездена разработали метод для управления распространением этих информационных носителей на наноуровне целенаправленным и простым способом. Таким образом, они создали основу для наносхем, которые используют спиновые волны.
Электроны проходят через провода, создавая электрические токи. Однако в ходе этого процесса они сталкиваются с атомами и теряют энергию, которая уходит в кристаллическую решетку в виде тепла. Это означает, что чипы становятся все теплее по мере того, чем ближе элементы на них группируются вместе. В конце концов они выходят из строя, потому что тепло больше не может быть передано. Именно поэтому ученые преследуют другую подход: перенос информация посредством спиновых волн, также известных как магноны.
Спин представляет собой термин, который ученые используют для описания углового момента электронов, вращающихся вокруг собственной оси. Это заставляет электрические частицы вести себя подобно чрезвычайно малым магнитам. Именно поэтому они присоединяются параллельным образом в ферромагнитных материалах. Если направить спин в другом направлении, это будет иметь воздействие и на соседние спины. В результате создается спиновая волна, которая перемещается через твердое тело. Она может быть использована для транспортировки и обработки информации подобно тому, как это делают носители заряда. Тем не менее, сами электроны не движутся в этом случае. Они не сталкиваются с чем-либо и, следовательно, почти не образуют тепла.
Тем не менее, для того, чтобы преобладать в гонке по будущим методам обработки информации, системам необходимо контролировать распространение спиновых волн в наноуровне. Ранние подходы к решению проблемы были основаны либо на геометрически предопределенных путях проводников, либо на постоянном использование внешних магнитных полей. В случае первого решения, луч распространения не может быть изменен, однако он необходимо для развития гибких схем. Второй способ решает данную проблему, но ценой колоссального увеличения потребляемой мощности.
Ученые успешно разработали новую процедуру для целевого управления спиновыми волнами с использованием основных магнитных характеристик: остаточной намагниченности, в которой твердое тело сохраняет остаточный магнетизм после удаления магнитного поля, и формирования так называемой области стены. Исследователи создали подобную доменную стенку с помощью наноструктуры из сплава никель-железа в эксперименте. Затем они запустили спиновую волну с помощью микроволн. Как показали их испытания, спиновые волны определенной частоты застряли в доменной стенке, потому что различные магнитные домены выступали в качестве барьеров. В некотором смысле, можно сказать, что ученые создали дорогу с барьером, вдоль которой спиновые волны распространяются в управляемом режиме.
Тем не менее, физики Дрездена смогли отпраздновать еще один успех. Они манипулировали путем доменной стенки через небольших внешних магнитных области значительно ниже одного миллитесла. Поступая таким образом, они также манипулировали распространением спиновых волн. Это может послужить основой для проектирования реконфигурируемых наносхем, которые используются магнонами. Но даже в этом случае потребуется еще несколько лет, так как физики по-прежнему работают в исследовательской фазе.
|
