Ученые из России совместно с коллегами из Великобритании смоделировали новый метаматериал на основе ферромагнитных структур, предназначенный для функционирования в микроволновом диапазоне частот до 30 ГГц. Ранее такие широкие полосы были технически недоступны, говорится на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Предложенная структура открывает перспективы создания высокоэффективных компонентов для различных приложений — от телекоммуникаций и радиолокации до нейропроцессорных вычислительных комплексов нового поколения. Подобная разработка крайне актуальна для перспективных стандартов мобильной связи типа 6G, которым необходимы ультраскоростные и энергоэффективные решения.
Современные системы передачи данных основаны преимущественно на движении заряженных частиц — электрическом токе, обусловленном движением электронов. Но этот принцип сопряжен с существенными потерями энергии из-за нагрева и электрического сопротивления материалов. Кроме того, он препятствует уменьшению размеров устройств. Альтернатива классической электроники — направление спинтроники, основанное на передаче сигналов посредством спиновых волн или спиновых токов.
Авторы исследования предлагают использовать в качестве основы для материала ферромагнитную матрицу, обладающую собственной намагниченностью даже в отсутствие внешнего постоянного магнитного поля. Такая намагниченность возникает благодаря наличию некомпенсированных магнитных моментов спинов атомов. Когда на вещество воздействует внешнее постоянное магнитное поле, спины ориентируются в одном направлении, совпадающем с направлением приложенного поля. В результате этого в материале формируется упорядоченное состояние («магнитный порядок»), при котором намагниченность вещества достигает максимальной величины (насыщение).
При воздействии на такой материал переменным магнитным полем (циклическое включение-выключение поля) нарушается сформированный магнитный порядок, вызывая распространение волны намагниченности — магнитостатической спиновой волны. Именно эта волна позволяет передавать информацию.
«В дальнейшем мы планируем создать реальный образец смоделированного нами метаматериала с использованием не только объемных, но и тонкопленочных ферромагнитных образцов. Это даст возможность легко интегрировать его в планарные схемы функциональной электроники», — заключает руководитель проекта Сергей Гришин, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедрой электроники, колебаний и волн Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского.
Ранее ученые испытали метод получения атомов сверхтяжелого водорода-6 из лития. Рассказали, почему это важно.
