Физики создали метод прямого наблюдения магнонов с помощью рентгеновских лучей
Международная группа физиков разработала способ напрямую наблюдать магноны — волны магнитных возбуждений внутри материала. Раньше ученым приходилось судить об их поведении косвенно, по результатам других измерений.
Магноны рассматривают как один из возможных носителей информации для вычислительных систем нового поколения. В отличие от современных микросхем, где данные передаются потоком электронов, в таких устройствах информацию могут переносить магнитные волны. Теоретически это позволит снизить энергопотребление и уменьшить нагрев электронных компонентов.
Новый метод получил название магнонной импульсной микроскопии. Там используется мягкое рентгеновское излучение и позволяет за одно измерение увидеть, как магноны распределены внутри материала и в каком направлении распространяются. Исследователи смогли зафиксировать магноны размером всего в несколько нанометров в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Такие волны особенно интересны разработчикам вычислительных систем нового поколения, поскольку позволяют передавать информацию на очень высоких скоростях.
При высокой интенсивности возбуждения магноны формируют эллиптическое кольцо в импульсном пространстве, что указывает на четырехмагнонное рассеяниеПроблема заключалась в том, что наблюдать подобные объекты напрямую было крайне сложно. Новый метод впервые позволяет подробно изучать их движение и взаимодействие внутри материала. Для эксперимента ученые использовали железо-иттриевый гранат — один из самых изученных магнитных материалов. При сильном возбуждении магноны начинали активно взаимодействовать друг с другом и менять направление движения.
Новый метод позволил впервые наблюдать этот процесс напрямую. Магнитные волны изменяли прохождение рентгеновского излучения через материал, а полученная картина давала исследователям информацию об их размере, интенсивности и направлении распространения. Раньше такие данные приходилось получать косвенными методами.
По словам авторов работы, новый метод отличается высокой чувствительностью и позволяет получать данные значительно быстрее многих существующих подходов. При этом исследователям не нужно специально модифицировать или усложнять структуру материала перед экспериментом, что упрощает проведение измерений.
Технологию можно применять не только к одному типу магнитных материалов. В будущем получится изучать широкий спектр процессов, связанных с распространением и взаимодействием спиновых волн. В ходе эксперимента ученые также впервые напрямую зафиксировали сложные взаимодействия между магнонами, при которых энергия перераспределяется между несколькими волнами.
Разработанный метод сочетает высокую чувствительность с быстрым сбором данных и не требует сложной наноструктурной обработки материалаИсследователи считают, что новый подход поможет лучше понять поведение магнитных материалов и ускорит разработку магнонной электроники. В таких устройствах информацию будут передавать не электроны, как в современных микросхемах, а магнитные волны. Теоретически это позволит снизить энергопотребление и повысить скорость обработки данных.
В будущем ученые планируют адаптировать метод для изучения более сложных магнитных систем, включая антиферромагнетики, перспективный класс материалов для сверхбыстрой электроники нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Ранее мы писали о том, какие звуки издает магнитное поле Земли.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
