Автор AZoNano 30 апреля 2021 года

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде использовали синтетический антиферромагнетик нанометрового размера для управления взаимодействием между магнонами – исследования, которые могут привести к созданию более быстрых и энергоэффективных компьютеров.

В ферромагнетиках спины электронов направлены в одном направлении. Чтобы сделать будущие компьютерные технологии более быстрыми и энергоэффективными, в исследованиях спинтроники для обработки информации используется спиновая динамика – флуктуации электронных спинов. Магноны, квантово-механические единицы спиновых флуктуаций, взаимодействуют друг с другом, что приводит к нелинейным особенностям спиновой динамики. Такие нелинейности играют центральную роль в магнитной памяти, осцилляторах спинового момента и многих других приложениях спинтроники.

Например, в развивающейся области магнитных нейроморфных сетей – технологии, имитирующей мозг, – нелинейности необходимы для настройки реакции магнитных нейронов. Кроме того, в другой пограничной области исследований нелинейная спиновая динамика может стать инструментом

.

«Мы ожидаем, что концепции квантовой информации и спинтроники объединятся в гибридных квантовых системах», – сказал Игорь Барсуков, доцент кафедры физики и астрономии, возглавлявший исследование, опубликованное в журнале «Applied Materials». & Интерфейсы. «Нам придется управлять нелинейной спиновой динамикой на квантовом уровне, чтобы достичь их функциональности».

Барсуков объяснил, что в наномагнетиках, которые служат строительными блоками для многих технологий спинтроники, магноны показывают квантованные уровни энергии. Взаимодействие между магнонами подчиняется определенным правилам симметрии. Исследовательская группа научилась конструировать взаимодействие магнонов и определила два подхода к достижению нелинейности: нарушение симметрии спиновой конфигурации наномагнетика; и изменение симметрии магнонов. Они выбрали второй подход.

«Изменение симметрии магнонов – более сложный, но более удобный для приложений подход», – сказал Арезу Этесамирад, первый автор исследовательской статьи и аспирант в лаборатории Барсукова.

В своем подходе исследователи подвергли наномагнит воздействию магнитного поля, которое показало неоднородность на характерных нанометровых масштабах длины. Это неоднородное магнитное поле нанометрового размера само должно было исходить от другого наноразмерного объекта.

В качестве источника такого магнитного поля исследователи использовали наноразмерный синтетический антиферромагнетик, или SAF, состоящий из двух ферромагнитных слоев с антипараллельной ориентацией спинов. В нормальном состоянии SAF почти не создает паразитного поля – магнитного поля, окружающего SAF, которое очень мало. После того, как он претерпевает так называемый спин-флоп переход, спины становятся наклонными, и SAF при необходимости генерирует паразитное поле с неоднородностью на наномасштабе. Исследователи переключали СНФ между нормальным состоянием и состоянием спин-флоп контролируемым образом, чтобы включать и выключать поле, нарушающее симметрию.

«Мы смогли управлять коэффициентом взаимодействия магнонов по крайней мере на один порядок», – сказал Этесамирад. «Это очень многообещающий результат, который может быть использован для создания когерентной связи магнонов в квантовых информационных системах, создания различных диссипативных состояний в магнитных нейроморфных сетях и управления большими режимами возбуждения в спин-крутящих устройствах».

Барсуков и Этесамирад присоединились к исследованию Родольфо Родригеса и Джошуа Боканегра из UCR; Роман Верба и Борис Иванов из Института магнетизма в Украине; Джордан Кэйтин из Western Digital в Сан-Хосе; Илья Н. Криворотов из Калифорнийского университета в Ирвине; и Василий Тиберкевич из Оклендского университета в Мичигане

Работа поддержана Национальным научным фондом. Любые мнения, выводы, заключения или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.

Исследовательская статья озаглавлена ​​ «Управление взаимодействием магнонов с помощью наномасштабного переключателя».

Источник: http://www.ucr.edu/