Российские и европейские физики выяснили, как можно создать особый «невозможный» материал, который позволяет транспортировать и обрабатывать информацию не при помощи электронов, а магнонов, своеобразных «волн» намагниченности. Перспективы его применения были раскрыты в журнале Advanced Science.
«Наша лаборатория занимается криогенными системами. И мы себе поставили цель: посмотреть, что можно сделать с магнонными системами при криогенных температурах, заставив их взаимодействовать со сверхпроводниками», — рассказывает Игорь Головчанский, научный сотрудник Московского Физтеха.
В последние десятилетия физики активно изучают квантовые свойства электронов и атомов и пытаются приспособить их для создания электронных приборов. В обычной микроэлектронике информация представляется с помощью электрического заряда. В спиновой электронике, или спинтронике, информация представляется с помощью спина электрона — направления вращения частицы.
Главным препятствием для создания подобных вычислительных устройств пока является то, что спин электронов и прочих заряженных частиц крайне сложно контролировать и удерживать в стабильном состоянии на продолжении длительного времени, особенно при температурах, далеких от абсолютного нуля.
Все эти проблемы можно решить, если найти способ преобразования магнитного сигнала в электрический и наоборот. Сегодня с подобной задачей могут справляться лишь пленки из экзотического соединения железа, кислорода и иттрия, редкоземельного металла, обладающие необычными магнитными свойствами при сверхнизких температурах.
Головчанский и его коллеги под руководством известного отечественного физика Алексея Устинова, профессора НИТУ МИСиС и Технологического института Карлсруэ (Германия), упростили эту задачу, наблюдая за тем, как взаимодействуют друг с другом две полных противоположности — ферромагнитные материалы и сверхпроводники.
Ученые предположили, что при определенных обстоятельствах из них можно собрать такой искусственный материал, который будет обладать свойствами так называемых магнонных кристаллов, своеобразных элементарных ячеек «магнитных» компьютеров будущего.
«Традиционно магноника предполагала работу при комнатной температуре. Поэтому раньше ни о какой гибридизации со сверхпроводниками, которые пока не существуют в таких условиях, речи и не шло. К тому же, ферромагнетизм традиционно считается „сильнее“ сверхпроводимости и интуитивно не может быть подвержен ее влиянию», — продолжает ученый.
Российские физики и их европейские коллеги усомнились в этом и проверили, что произойдет, если соединить фрагмент сверхпроводника, похожий по структуре на расческу, с тонкой пленкой из сплава никеля и железа, обладающей ферромагнитными свойствами, и охладить эту конструкцию до сверхнизких температур.
После этого ученые начали облучать данный «бутерброд» пучками микроволн, наблюдая за тем, как менялся спектр этой конструкции и как она поглощала микроволновое излучение при разных обстоятельствах.
Эти опыты показали, что подобные материалы действительно обладают свойствами магнонных кристаллов, а также помогли ученым раскрыть несколько интересных и ранее неизвестных свойств, которые можно будет использовать для создания новых вычислительных и электронных приборах.
Конечно, подобные машины пока не смогут заменить обычные компьютеры, так как для их работы требуется сверхмощная система охлаждения. С другой стороны, как предполагают Устинов и его коллеги, они могут стать частью будущих квантовых вычислительных систем и помогут найти или создать более практичные версии магнонных кристаллов.
