Управление спектром магнитных материалов открывает новые горизонты
Специалисты Казанского федерального университета достигли прогресса в изучении стоячих спиновых волн в ферромагнитных пленках сплава Pd-Fe. Эксперименты, поддержанные программой «Приоритет-2030» и мегагрантом Минобрнауки РФ, направлены на создание технологий будущего.
Команда исследователей КФУ и партнерских институтов
В проекте участвовали ведущие ученые Института физики КФУ: Роман Юсупов, Игорь Янилкин и Амир Гумаров. К ним присоединились Ленар Тагиров из Казанского физико-технического института и Булат Габбасов — специалист по квантовым платформам. Синергия опыта позволила добиться уникальных результатов.
Магноника как основа энергоэффективной электроники
«Использование магнонов вместо электронов открывает путь к микропроцессорам с минимальным энергопотреблением, — пояснил Амир Гумаров. — Наши эксперименты подтверждают: технологии на основе спиновых волн способны совершить революцию».
Гибкие методы синтеза и точное моделирование
Ученые разработали подход к контролю состава «градиентных» материалов, влияющих на спектр магнонов. «Молекулярно-лучевая эпитаксия обеспечивает кристаллическую чистоту и программируемые параметры пленок», — подчеркнул Роман Юсупов. Игорь Янилкин добавил, что созданные алгоритмы моделирования точно отражают поведение материала в любых условиях, что ускоряет внедрение разработок.
Прорыв в управлении спиновыми волнами через температурный контроль
Новое исследование раскрывает удивительные возможности настройки резонансного спектра стоячих спиновых волн (ССВ) в градиентных пленках Pd-Fe при температурах от 10 до 300 К. Ученые обнаружили, что каждый подслой материала обладает уникальной температурой Кюри, зависящей от локальной концентрации железа. Чем меньше содержание железа, тем ниже порог перехода в парамагнитное состояние. Это позволяет поэтапно управлять магнитными свойствами: при нагреве парамагнитные зоны расширяются, постепенно преобразуя всю пленку, что напрямую влияет на формирование спиновых волн.
Температура как дирижер магнитных свойств
Сложность профиля пленки создает многогранную картину: при разных температурах могут возникать, сливаться или исчезать отдельные ферромагнитные области. Это открывает путь к точной настройке спектра ССВ, словно настраивая музыкальный инструмент. Интересно, что процессы полностью описываются полуклассической моделью Ландау—Лифшица, что позволяет прогнозировать поведение волн для любых технологических параметров. «Теперь температура — это не просто условие эксперимента, а полноценный инструмент управления», — отмечает Юсупов.
От гитары к нанотехнологиям: неожиданная аналогия
Ученые проводят параллель с гитарным каподастром, который меняет длину звучащей струны, регулируя тон. Так и температурное воздействие «перестраивает» активные зоны в пленке, позволяя гибко менять частотные характеристики спиновых волн. Этот подход, впервые примененный в 2022 году методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), подтвердил возможность создания материалов с программируемыми магнитными свойствами.
Магноника будущего: диоды и логика на новых принципах
«Наша работа — шаг к революции в магнонике, — подчеркивает Ленар Тагиров. — Градиентные пленки Pd-Fe с регулируемой невзаимностью открывают путь к созданию магнонных диодов и логических элементов». Уникальное свойство материалов по-разному взаимодействовать с волнами противоположных направлений закладывает основу для компактных устройств с низким энергопотреблением, где информация передается не электронами, а спиновыми возбуждениями.
Перспективы градиентных материалов в нанотехнологиях
Современная наука стоит на пороге революционного прорыва — создания инновационных наноструктур из градиентных материалов! Эти уникальные разработки позволят генерировать направленные спиновые волны, открывающие фантастические возможности для скоростной передачи данных и их обработки. Ученые подчеркивают: именно такие структуры станут основой технологий будущего, где информация будет передаваться быстрее и эффективнее, чем когда-либо ранее.
Инновации в производстве: от идеи к реализации
Для воплощения идей в жизнь специалисты применяют методы электронной и оптической литографии, обеспечивающие высочайшую точность при конструировании наноструктур. Реализацией этих амбициозных проектов займётся Центр перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ — флагман отечественной науки, где рождаются технологии завтрашнего дня. Это не просто шаг вперед, а настоящий рывок в мир цифровой эпохи, полной открытий и безграничных возможностей!
Использованы материалы статьи.
Источник: www.kommersant.ru
