Forskare från Moskvainstitutet för fysik och teknik, Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, och N.G. Chernyshevsky Saratov State University har visat att kopplingselementen i magnoniska logiska kretsar är så avgörande att en dåligt vald vågledare kan leda till signalförlust. Fysikerna utvecklade en parametrisk modell för att förutsäga vågledarkonfigurationen som undviker signalförlust, byggde en prototyp vågledare, och testade modellen i ett experiment. Deras tidning publicerades i Journal of Applied Physics .

Det underliggande målet för forskningen om magnonisk logik är att skapa alternativa kretselement som är kompatibla med den befintliga elektroniken. Det innebär att utveckla helt nya element, inklusive snabbare signalprocessorer med låg strömförbrukning, som skulle kunna integreras i dagens elektronik.

Vid design av nya enheter, olika komponenter är integrerade med varandra. Dock, magnoniska kretsar förlitar sig på magnetiska vågledare snarare än ledningar för detta. Forskare har tidigare gissat att vågledare kan ha en negativ effekt på signalintensiteten vid överföring från en komponent till en annan.

Den senaste studien av de ryska fysikerna har visat att vågledarna har en större effekt än väntat. Faktiskt, det visar sig att en dåligt vald vågledargeometri kan resultera i fullständig signalförlust. Anledningen till detta är interferens med spinvågor. Vågledare är extremt miniatyrkomponenter, mäter hundradelar av en mikrometer, och på denna skala, den laterala kvantiseringen av signalen måste beaktas.

Forskarna arbetade med ett optimeringsproblem:Hur designar man en vågledare för magnoniska kretsar för att säkerställa maximal effektivitet? Teamet utvecklade en teori och en matematisk modell för att beskriva vågutbredning i vågledare i nanostorlek. För detta ändamål, seniorforskare Dmitry Kalyabin från MIPT:s Terahertz Spintronics Lab, anpassat teamets tidigare resultat utvecklade för akustiska system för att snurra vågor.

Hans kollegor i Saratov skapade sedan en prototypenhet och verifierade Kalyabins beräkningar med en metod som kallas Brillouin-spektroskopi. Denna teknik innebär att man gör en "snapshot" av magnetiseringsfördelningen i ett prov efter dess exponering för laserljus. Fördelningen som observeras på detta sätt kan sedan jämföras med teoretiska förutsägelser.

"Vi siktade från början på att bygga en modell som gör det möjligt att beräkna genomströmningsegenskaperna för en vågledare innan den faktiskt gjordes. Vår förväntning var att en optimering av formen på vågledaren skulle maximera signalöverföringseffektiviteten. Men vår forskning visade att effekterna av interferens var större än väntat, med suboptimala parametrar som ibland gör att signalen förloras helt, sa Sergey Nikitov, chefen för Terahertz Spintronics Lab och en motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin.

Även om författarna till tidningen använde exemplet med en avsmalnande smal ferromagnetisk vågledare för att visa hur deras modell fungerar, den är tillämplig på hela utbudet av för närvarande använda vågledartyper.