Исследователи показали, что с помощью одного СВЧ-сигнала можно управлять характеристиками другого передающего информацию сигнала. Эффект был достигнут благодаря применению принципов магноники – перспективному разделу электроники, изучающему свойства магнитных материалов.
25.08.2023
Современная электроника, действующая на основе кремниевой компонентной базы, сегодня подходит к пределу своих возможностей по целому ряду важных характеристик, среди которых, энергоэффективность (и как следствие склонность к перегреву), производительность и компактность. Поэтому научные группы по всему миру активно разрабатывают альтернативные подходы к построению электроники на новых физических принципах.
В качестве научной основы для создания нового поколения вычислительных систем выступает магноника. Это направление изучает использование фундаментальных возбуждений магнитной системы – спиновые волны и их квази-частицы магноны в качестве носителей информации ( по аналогии с током в электронике или со светом в радиофотонике). Такие физические явления возникают в магнитных материалах.
Магноника предлагает многообещающие подходы к преодолению критических ограничений современных технологий, поскольку они могут обеспечить работу со сверхнизким энергопотреблением и энергонезависимость. Однако создание вычислительных устройств на принципах магноники, в частности, требует разработки эффективных методик для управления волновыми эффектами в магнитных материалах.
«Мы научились управлять одной из характеристик потока магнонов с помощью другого потока магнонов. Этот принцип работы базируется на эффекте наведенного нелинейного сдвига фазы волн и является достаточно простым и эффективным решением для изменения параметров высокочастотного сигнала, передающего информацию».
По словам ученого, наведенный нелинейный сдвиг позволяет управлять фазой – это одна из характеристик, с помощью которой можно модулировать сигнал в системах передачи и обработки данных. Эффект был продемонстрирован в лабораторных условиях на одномерном магнонном кристалле, изготовленном из пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), широко распространенного магнитного материала.
На основе собранных данных была составлена математическая модель, которая показывает каким образом действует наведенный нелинейный сдвиг фазы. Результаты работы опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.
«По сути продемонстрированный нами эффект можно использовать для создания компактных фазовращателей на принципах магноники. В перспективе такие элементы могут найти применение при построении искусственных нейронных сетей, вычислительных устройств, а также при разработке физических резервуарных компьютеров».
Разработка методологии, компонентной базы и прототипов устройств на новых физических принципах в ЛЭТИ проводится в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации. Ранее в рамках этой работы сотрудники лаборатории разработали на основе пленки ЖИГ нелинейный фазовращатель, действующий на принципах магноники.
