Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Спиновые волны впервые обнаружили на наноуровне
Физики впервые смогли напрямую наблюдать спиновые волны, или магноны, внутри материала с нанометровым разрешением. Это достижение открывает путь к созданию нового поколения электроники, более быстрой и энергоэффективной.
Магнетизм таких материалов, как железо или никель, возникает из-за «крошечных магнитов», связанных с их атомами, — так называемых атомных спинов. В магнитных материалах спины соседних атомов движутся согласованно, создавая коллективные колебания. Эти колебания известны как спиновые волны, или магноны. Они распространяются по материалу, подобно волнам на поверхности воды.
Магноны играют ключевую роль в развивающейся области науки — магнонике. В отличие от традиционной электроники, где информацию переносят электрические заряды, магноника использует для этого спиновые волны. Такой подход обещает создание технологий следующего поколения: более быстрых, компактных и энергоэффективных. Потенциально устройства на основе магнонов могут обрабатывать данные со значительно меньшими затратами энергии, чем современные системы на основе полупроводников.
Несмотря на потенциал магнонов, до недавнего времени их изучение сталкивалось с фундаментальной проблемой. Увидеть и проанализировать поведение спиновых волн на наномасштабе было практически невозможно с помощью существующих технологий.
Большинство методов позволяли изучать магноны либо на больших участках поверхности, либо в большом объеме материала, но не давали информации о том, что происходит на уровне отдельных нанометровых структур. Без этого нельзя понять, как дефекты в кристаллической решетке или границы между разными материалами влияют на распространение спиновых волн, что критически важно для создания реальных устройств.
Ученые из Уппсальского университета в Швеции совместно с международной командой коллег совершили прорыв в этой области, разработав новый метод для визуализации и анализа магнонов с нанометровым разрешением. Результаты опубликованы в журнале Nature.
В эксперименте задействовали сканирующий просвечивающий электронный микроскоп STEM в лаборатории SuperSTEM в Великобритании. Особенность этого прибора — чрезвычайно высокое энергетическое разрешение, примерно семь миллиэлектронвольт. Такой точностью обладают всего несколько микроскопов в мире. Во время эксперимента пучок электронов пропускали через тонкий образец, нанокристалл оксида никеля, и измеряли мельчайшие потери энергии электронов. Именно эти потери несли в себе информацию о возбуждении магнонов внутри материала.
Ключевую роль в интерпретации экспериментальных данных сыграли два теоретических метода, разработанных в Уппсальском университете. Первый — это теория TACAW, которая позволяет моделировать взаимодействие быстрых электронов с магнонами. Расчеты, выполненные с помощью TACAW, помогли точно определить, какой именно сигнал в спектре потерь энергии соответствует спиновым волнам. Теория предсказала, что сигнал от магнонов в оксиде никеля должен появиться при энергии около 100 миллиэлектронвольт, что и подтвердил эксперимент.
Вторым важным инструментом стала программа UppASD для моделирования атомистической спиновой динамики. Это программное обеспечение позволило детально симулировать поведение спиновых волн в нанокристалле оксида никеля и сопоставить результаты с экспериментальными данными. Совпадение теоретических предсказаний и данных, полученных на микроскопе, послужило неопровержимым доказательством того, что ученым удалось зафиксировать именно магноны.
Результаты наглядно показали, что сигнал от магнонов в тысячи раз слабее сигнала от колебаний кристаллической решетки — фононов. Это и делало его обнаружение таким сложным. Исследователи не только зафиксировали магноны, но и составили их пространственную карту. Они показали, что сигнал от спиновых волн наблюдался исключительно внутри 30-нанометровой пленки оксида никеля и полностью исчезал на ее границе с немагнитной подложкой. Это стало прямым доказательством того, что теперь магноны можно изучать с нанометровым пространственным разрешением.
Исследование может стать важной вехой в развитии магноники и электронной микроскопии. Оно открывает новые возможности для изучения фундаментальных свойств магнетизма на наноуровне. Теперь ученые могут напрямую видеть, как спиновые волны взаимодействуют с дефектами, границами и другими наноразмерными особенностями материала. Это знание необходимо для разработки и создания нового поколения спиновых электронных устройств, которые в будущем могут прийти на смену современной электронике.
Telegram 
Дзен 
VK Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Исследователи просканировали непрозрачные куски янтаря из личного архива немецкого поэта и обнаружили внутри идеально сохранившееся насекомое. Это заставило переписать классификацию древних видов.
Ученые МФТИ с коллегами сравнили возможности классической магнитной силовой микроскопии (МСМ) и разработанного ими ранее нового метода для изучения дефектов в сверхпроводящих пленках. Оказалось, что в ходе сканирования поверхности с помощью квантового вихря, «ухватившегося» за магнитный зонд, можно визуализировать несовершенства структуры в толще материала, получив разрешение на порядок выше возможностей МСМ. Способность метода находить неразличимые для поверхностных методов скрытые дефекты задает новые стандарты в контроле качества сверхпроводников и сверхпроводящих приборов.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
В зоопарках звери доживают до старости и выбывают из программ глобального сохранения видов, потому что не могут размножаться. Это ставит под угрозу усилия по поддержанию популяций редких видов.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Хотя зоологи уже не раз наблюдали использование орудий у относительно близких к людям видов, — от приматов до свиней — коровы до сих пор не были за этим замечены. Теперь ситуация изменилась: оказалось, что они могут использовать многоцелевые орудия по-разному, в зависимости от обстоятельств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии