Команда перевернула с ног на голову концепцию, разработанную ими ранее в 2024 году.
Исследователи изобрели новый способ эффективного направления спиновых волн вокруг острых углов с минимальными потерями, что представляет собой важное открытие для энергоэффективных вычислений.
Команда исследователей с помощью расчетов показала, что спиновые волны распространяются по Z-образной траектории более чем в 5000 раз эффективнее, чем в обычных волноводах.
Команда использовала двумерный магнитоионный кристалл — медную (Cu) пленку с гексагональной решеткой крошечных отверстий, расположенную на магнитной гранатовой пленке.
Способ направления вращающихся волн вокруг острых углов с минимальными потерями.
В исследовании приняли участие исследователи из Университета Тохоку, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL).
«Изгибание спиновой волны без потери её целостности — одна из самых сложных задач в этой области», — сказал доцент Таичи Гото из Научно-исследовательского института электросвязи Университета Тохоку.
«Перевернув задачу с ног на голову — разместив металлическую пленку с рисунком на магнитном гранате вместо того, чтобы разрезать сам гранат, — мы нашли способ направлять спиновые волны вокруг острых углов с минимальными потерями. Это открывает практический путь к созданию интегрированных схем спиновых волн, которые в будущем могут помочь центрам обработки данных работать на гораздо меньшем объеме электроэнергии, чем сегодня».
Команда исследователей выяснила, что по мере того, как искусственный интеллект и центры обработки данных потребляют все больше электроэнергии, тепловыделение от традиционной электроники становится серьезной проблемой. Спиновые волны — это волны намагниченности в магнитном материале, которые могут передавать информацию с гораздо меньшим выделением тепла, чем движущиеся электроны, что делает их перспективными для вычислений с низким энергопотреблением. Однако спиновые волны быстро ослабевают по мере распространения, особенно при изгибе волновода. По словам исследователей, эта потеря сигнала долгое время была самым большим препятствием для создания практических схем на основе спиновых волн.
Команда перевернула ранее существовавшую концепцию с ног на голову.
Команда перевернула с ног на голову ранее разработанную ими в 2024 году концепцию: вместо размещения медных дисков на гранате они разместили медную пленку, перфорированную гексагональной решеткой отверстий, соединенных тонкими щелями.
Трехмерные электромагнитные моделирования показали, что эта новая структура создает «полную магнонную запрещенную зону», способную отражать спиновые волны независимо от направления их падения. Это первое сообщение о полной магнонной запрещенной зоне в двумерном магнонном кристалле на основе магнитного граната. Согласно пресс-релизу, заявка на патент на структуру основного волновода уже подана.
Затем команда создала Z-образный путь через кристалл, удалив ряд отверстий, образовав «линейный дефект». В то время как обычные спиновые волны, передаваемые через гребенчатый волновод, не дошли до конца, спиновые волны, передаваемые новым методом, достигли цели. Согласно пресс-релизу, новый волновод передавал спиновые волны более чем в 5000 раз сильнее, чем традиционная конструкция.
В ходе исследования ученые показали, что им удалось рассчитать эффективную передачу спиновых волн (СВ) через Z-образные повороты на 120° с использованием волноводов из магнонных кристаллов (МК) с низкими потерями, состоящих из иттриевого железистого граната (ИЖГ) и массива медных отверстий. МК были оптимизированы с использованием метода конечного интегрирования, показав полную магнонную запрещенную зону шириной 15,1 МГц на центральной частоте 1,811 ГГц. Волновод из МК продемонстрировал в 5,7 × 10³ раз более сильное распространение СВ, чем волноводы гребенчатого типа, за счет предотвращения подавления СВ, вызванного неоднородным распределением внутреннего магнитного поля в пленке ИЖГ.
Sourse: interestingengineering.com
