В МФТИ продемонстрировали новые методы управления спиновыми волнами — Naked Science
9 минут
ФизТех

В МФТИ продемонстрировали новые методы управления спиновыми волнами

4.2

Ученые из МФТИ и Российского квантового центра совместно с коллегами из Саратовского государственного университета и Мичиганского технологического университета продемонстрировали новые методы управления спиновыми волнами при помощи коротких лазерных импульсов в особым образом структурированных пленках феррит-граната. Найденное решение может быть востребовано для передачи информации с низкими энергозатратами (или энергопотреблением) и квантовых вычислений на основе спинов.

Возбуждение магнонов / ©Дарья Сокол / Пресс-служба МФТИ

Статья опубликована в журнале Nano Letters. Спин (spin – вращение) — это собственный магнитный момент частицы, который всегда имеет направление. В намагниченных материалах наблюдается коллективная ориентация спинов в одном направлении — магнитный порядок. Локальное нарушение магнитного порядка сопровождается распространением спиновой волны по системе.

Распространение спиновой волны — магнонов — не сопровождается переносом вещества, как это происходит, например, при электрических токах. Благодаря этому передача информации спиновыми волнами происходит с гораздо меньшими термическими потерями по сравнению с традиционными электронными способами. Данные можно закодировать в фазу или амплитуду волны, а обработать их — с помощью интерференции волн или нелинейных эффектов.

Уже сейчас есть примеры создания простейших логических элементов на основе магнонов. Важная задача, которую необходимо решить для внедрения новой технологии — управление различными параметрами создаваемой волны. Оптический метод возбуждения имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами, и одно из них было продемонстрировано в этой научной работе.

Ученые возбуждали спиновые волны в особым образом структурированной пленке феррит-граната, модифицированного висмутом. Материал обладает уникальными оптомагнитными свойствами: низким магнитным затуханием, что обеспечивает распространение магнонов на большие расстояния даже при комнатной температуре, высокой оптической прозрачностью в ближнем инфракрасном диапазоне и высоким значением константы Верде.

Сама пленка представляет собой гладкий нижний слой со сформированной сверху одномерной решеткой с периодом 450 нм. Такая геометрия позволяет возбуждать тип колебаний (моды) со специальным распределением спинов в магноне, недоступном при работе с пленкой без модификаций. Для возбуждения прецессии намагниченности использовались линейно поляризованные лазерные импульсы накачки, характеристики которых влияют на спиновую динамику и тип возбуждаемых спиновых волн.

Важно отметить, что возбуждение волн было вызвано не термическими, а оптомагнитными эффектами. Изменения в образце определялись с помощью зондирующих импульсов длиной 250 фемтосекунд, которые могут быть направлены в необходимую точку с желаемой временной задержкой относительно импульса накачки. Такая установка позволяет определить динамику намагниченности в конкретной точке образца и после обработки дает информацию о спектральной частоте спиновой волны, ее типе и других характеристиках.

В отличие от предыдущих методов, разработанный учеными подход позволяет контролировать возбужденную волну с помощью нескольких параметров возбуждающего лазерного импульса. Помимо этого, геометрия наноструктурированной пленки позволяет локализовать центр возбуждения в пятне размером порядка 10 нм и делает возможным возбуждение различных типов спиновых волн, что не получилось бы при использовании обычной пленки.

Угол падения, поляризация и длина волны лазерных импульсов позволяют резонансно возбуждать волноводные моды образца, которые определяются параметрами наноструктуры, и в результате управлять видом возбуждаемых спиновых волн. Все параметры, которые задаются оптическим возбуждением, могут легко варьироваться по отдельности для получения необходимого результата.

Схема оптического возбуждения спиновых волн. Лазерный возбуждающий импульс (pump) локально нарушает спиновый порядок (спины показаны фиолетовыми стрелками). Возникающие при этом магноны анализируются с помощью зондирующего импульса (probe) / ©Nano Letters

«Нанофотоника открывает новые возможности в области сверхбыстрого магнетизма, — говорит Александр Чернов, заведующий лабораторией физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ. — Для создания практических приложений необходимо преодолеть субмикронный масштаб, увеличить скорость работы и многозадачность.

Мы продемонстрировали, как можно преодолеть данные ограничения при помощи наноструктурирования магнитного материала. Нам удалось локализовать свет в области размером десятки нанометров и эффективно возбуждать стоячие спиновые волны различных порядков. Данный тип спиновых волн позволяет устройствам на их основе работать на высоких частотах (до терагерцевых)».

В работе экспериментально были показаны увеличение эффективности запуска и возможность контроля спиновой динамики при ее оптическом возбуждении в специально созданной наноструктурированной пленке феррит-граната с помощью коротких лазерных импульсов. Это открывает новые возможности для решения таких проблем, как магнитная обработка данных и квантовые вычисления, основанные на когерентных спиновых колебаниях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

7 мая
5 минут
Илья Ведмеденко

Военно-морской флот получил многоцелевую атомную подводную лодку К-561 «Казань». Это один из самых совершенных кораблей такого типа в мире.

Позавчера, 17:41
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

Позавчера, 15:59
13 минут
Александр Речкин

В учебниках истории XX века, на сотнях плакатах и в десятках кинофильмах о Второй мировой войне мы видели знаменитые танки, «катюши» и бороздящие небеса Ил-2. Давайте проверим, сможете ли вы отличить советскую военную технику от машин союзников и стран «оси».

5 мая
6 минут
Сколтех

В России таких результатов не было уже около десяти лет. Его получение потребовало настоящей кооперации между исследователями ИВМ РАН, Сколтеха и МГУ.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: