Дослідники з Інженерного коледжу Грейнджера при Університеті Іллінойсу (UIUC) зробили вагомий крок у розвитку мікрохвильових технологій. Вони продемонстрували, що магнітні спінові хвилі можуть поводитися аналогічно до електронів у графені — надтонкому матеріалі з унікальними фізичними властивостями.
Це відкриття дозволяє проектувати радіочастотні пристрої, розмір яких не перевищуватиме кількох мікрометрів.
Читайте також:
Потрібне заморожування. Новий метод зменшує помилки у виробництві чипів майже до нуля Графен відомий своєю гексагональною структурою («бджолині стільники»), де електрони рухаються як безмасові хвилі. Провідний автор дослідження Боббі Каман припустив, що якщо змінити фізичну геометрію магнітного матеріалу, надавши йому форми графену, можна досягти схожого ефекту. Як з’ясувалося, аналогія між двовимірною електронікою та магнітною поведінкою виявилася значно глибшою, ніж очікувалося.
Для експерименту команда створила так званий магнонний кристал — тонку магнітну плівку з отворами, розташованими у вигляді гексагональної решітки. Магнони, або спінові хвилі,
— це колективні коливання магнітних моментів усередині матеріалу. Розрахунки показали, що рух цих хвиль у створеній структурі підпорядковується тим самим математичним рівнянням, що й рух електронів у графені.
Професор Аксель Гоффманн зазначив, що розроблена система виявила дев’ять різних енергетичних зон для спінових хвиль. Деякі з них демонстрували топологічні ефекти, що забезпечують надзвичайно стійке перенесення сигналу. Це дає чітке пояснення багатьом складним явищам, які раніше спостерігалися в магнонних кристалах, але не були зрозумілі науці.
Практичне значення цього відкриття важко переоцінити для бездротових та стільникових мереж. Зокрема, воно відкриває шлях до радикальної мініатюризації мікрохвильових циркуляторів — компонентів, що направляють радіосигнали лише в одному напрямку. Сьогодні такі пристрої є досить громіздкими, проте перехід на магнітні системи мікрометрового масштабу дозволить створювати значно компактніші та ефективніші гаджети.
Результати дослідження, опублікованів журналі Physical Review X не лише покращують сучасне мережеве обладнання, а й створюють платформу для вивчення екзотичних фізичних явищ у двовимірних системах.
Читайте також:
Найдосконаліший у світі. TSMC представив мікрочип нового покоління
