En samarbetsgrupp av forskare har potentiellt utvecklat ett sätt att kontrollera spinnvågor genom att skapa ett hexagonalt mönster av kopparskivor på en magnetisk isolator. Genombrottet förväntas leda till större effektivitet och miniatyrisering av kommunikationsenheter inom områden som artificiell intelligens och automationsteknik.
Detaljer om studien publicerades i tidskriften Physical Review Applied den 30 januari 2024.
I ett magnetiskt material är elektronernas spinn inriktade. När dessa snurrar genomgår en koordinerad rörelse genererar de ett slags rippel i den magnetiska ordningen, kallade spinnvågor. Spinnvågor genererar lite värme och erbjuder ett överflöd av fördelar för nästa generations enheter.
Implementering av spinnvågor i halvledarkretsar, som vanligtvis förlitar sig på elektriska strömmar, kan minska strömförbrukningen och främja hög integration. Eftersom spinnvågor är vågor, tenderar de att fortplanta sig i slumpmässiga riktningar om de inte kontrolleras av strukturer och andra medel. Som sådana utvecklas element som kan generera, fortplanta, överlagra och mäta spinnvågor konkurrenskraftigt över hela världen.
"Vi utnyttjade spinnvågornas vågliknande natur för att framgångsrikt kontrollera deras utbredning direkt", påpekar Taichi Goto, docent vid Tohoku Universitys Electrical Communication Research Institute och medförfattare till artikeln. "Vi gjorde det genom att först utveckla ett utmärkt magnetiskt isolatormaterial som kallas magnetisk granatfilm, som har låga spinnvågsförluster. Vi arrangerade sedan med jämna mellanrum små kopparskivor med diametrar mindre än 1 mm på denna film."
Genom att arrangera kopparskivor i ett hexagonalt mönster som liknar snöflingor kunde Goto och hans kollegor effektivt reflektera spinnvågorna. Dessutom, genom att rotera den magnoniska kristallen (visas i figur 2) och ändra infallsvinkeln för spinnvågor, avslöjade forskarna att frekvensen vid vilken det magnoniska bandgapet uppträder förblir i stort sett oförändrad i intervallet från 10 till 30 grader. Detta antyder potentialen för den tvådimensionella magnoniska kristallen att fritt styra utbredningsriktningen för spinnvågor.
"Till dags dato har det inte funnits några experimentella bekräftelser på förändringar i spinnvågens infallsvinkel för en tvådimensionell magnonisk kristall bestående av en magnetisk isolator och kopparskivor, vilket gör detta till världens första rapport", säger Goto.
När vi ser framåt hoppas teamet kunna demonstrera riktningskontrollen av spinnvågor med hjälp av tvådimensionella magnoniska kristaller och att utveckla funktionella komponenter som använder denna teknologi.
Mer information: Kanta Mori et al, Orienteringsberoende tvådimensionella magnoniska kristalllägen i en ultralågdämpande ferrimagnetisk vågledare som innehåller omplacerade hexagonala gitter av Cu-skivor, Physical Review Applied (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061
Tillhandahålls av Tohoku University
