Прообраз магнонного кристалла

Прообраз магнонного кристалла

Путём объединения сверхпроводника и ферромагнетика получили метаматериал, который найдёт применение в магнонике.

Магноника, которая, возможно, придёт на смену привычной электронике, использует для передачи и обработки информации спиновые волны или магноны – гармонические колебания ориентации магнитного момента. В ферромагнетике магнитные моменты электронов (спины) упорядочены, направлены в определённом направлении. Спиновые волны волнообразно изменяют направления спинов.
Схематическое изображение исследуемого образца. Пленка из пермаллоя (Py) толщиной 50 нм показана оранжевым цветом. Поверх неё с периодом 4 мкм помещены полосы ниобия (Nb, синие) толщиной 0,7 мкм и шириной 3 мкм.Открыть в полном размере
Магноника в настоящее время считается перспективной прикладной областью исследований, поскольку у неё есть ряд преимуществ по сравнению с другой альтернативой электроники – фотоникой, которая использует для передачи сигналов фотоны (электромагнитные волны). Во-первых, спиновые волны могут управляться внешним магнитным полем. Во-вторых, длина используемых электромагнитных волн – порядка сантиметра, тогда как для спиновых волн того же диапазона она составит микрометры. Поэтому на основе спиновых волн можно делать более компактные микроустройства.
Одним из основных строительных блоков в магнонике служат так называемые магнонные кристаллы – магнитные метаматериалы, в которых периодически изменяется какой-либо магнитный параметр, влияющий на спиновые волны: намагниченность, магнитная анизотропия (различие свойств в зависимости от направления), толщина пленки и т.д. Они в будущем станут базовыми элементами для частотных фильтров, аналогов транзисторов и многого другого.
Физики, представляющие МФТИ, ИФТТ РАН, МИСИС и Казанский университет, предложили создавать магнонные кристаллы из ферромагнитных пленок с нанесёнными на них периодическими сверхпроводящими структурами. Они создали, испытали и промоделировали образец такого метаматериала из тонкой плёнки ферромагнитного пермаллоя (сплав из 80% никеля и 20% железа), поверх которого помещена сверхпроводящая структура из ниобия. Исследователи не только показали принципиальную возможность его использования, но продемонстрировали, что в нем реализуется интересная зонная структура с запрещенными зонами в гигагерцовом диапазоне, которая, возможно, тоже найдёт своё применение. Об этом они рассказали в журнале Advanced Science
Интересно здесь то, что сверхпроводимость и ферромагнетизм сами по себе антагонисты. Сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Дело в том, что в связанных парах электронов (куперовских парах) сверхпроводников спины направлены противоположно, а в ферромагнетиках — спины электронов сонаправлены. Поэтому физики традиционно пытаются с помощью ферромагнетизма воздействовать на сверхпроводящие свойства материалов. Авторы же данной работы пошли в противоположном направлении, воздействуя на ферромагнитные свойства с помощью сверхпроводящей структуры, хотя считалось, что ферромагнетизм «сильнее» сверхпроводимости и не может быть подвержен ее влиянию.
Ограничением для широкого применения подобных метаматериалов пока служит только невозможность их существования при комнатной температуре. Для поддержания сверхпроводимости нужна очень низкая температура.

Самые свежие новости медицины в нашей группе на Одноклассниках

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>