Ученые Российского квантового центра, МГУ имени М.В. Ломоносова, МПГУ и Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского разработали метод, который может стать основой компактных и быстрых вычислительных систем нового типа. Как сообщила пресс-служба Российского квантового центра порталу Наука Mail, он позволяет с помощью света создавать магнитный сигнал («спиновые волны») в десятки раз меньше участка, который освещает лазер. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Современные устройства, такие как телефоны и компьютеры, становятся мощнее, потому что на чипах размещают все больше элементов. Но чем они меньше, тем сложнее отводить тепло и экономить энергию. Из-за этого ученые ищут новые способы построения электроники.
Один из перспективных вариантов — использовать не электрический ток, а спиновые волны. Это колебания магнитного состояния материала, с помощью которых можно передавать сигнал. Чем короче такая волна, тем меньше может быть элемент, работающий с ней. Свет, особенно лазер, помогает быстро запускать эти волны. Раньше длина волны зависела от размера освещенного участка: чем больше пятно лазера, тем длиннее волна. Это ограничивало возможности уменьшения компонентов. Теперь исследователи ищут способы управлять длиной волн независимо от размера светового пятна, чтобы сделать устройства еще компактнее и эффективнее.
В эксперименте ученые покрыли магнитную пленку прозрачной нанорешеткой — мелким повторяющимся узором, который работает как шаблон для световых волн и для возбуждаемых ими спиновых. Красный лазер освещал участок диаметром около 7 микрометров, а решетка позволила создать волну длиной всего 0,3 микрометра — примерно в 23 раза меньше. Измерения подтвердили, что спиновая волна распространяется по пленке, а расчеты показали, что ее скорость достигает примерно 1,4 км/с, то есть в десять раз больше скорости длинных волн в том же материале.
Раньше минимальный размер (длину волны) магнитного сигнала задавал световой луч. Теперь его определяет рисунок нанорешетки, который формирует нужный оптический паттерн («оптическую моду») внутри пленки. Чем мельче этот рисунок, тем короче волна и тем меньше может быть работающий с ней компонент. В эксперименте мы получили спиновую волну длиной 0,3 микрометра, а расчеты показывают, что ее можно уменьшить еще втрое. Дальнейшее уменьшение, в принципе, тоже возможно, но потребует использовать ультрафиолетовый свет. Это открывает возможности для создания более компактных компонентов, передающих и обрабатывающих информацию.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в России научились получать танталовые чипы для квантовых компьютеров.