Преодоление частотных ограничений в спинтронике
Исследователи создали уникальный метаматериал на базе ферромагнитных структур, работающий в сверхшироком микроволновом диапазоне до 30 ГГц. Этот результат открывает возможности для проектирования энергоэффективных устройств нового поколения — от радиолокаторов до нейроморфных процессоров. Разработка станет ключевым элементом в реализации стандартов 6G, где критически важны высокая скорость передачи данных и минимальное энергопотребление. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ).
Энергоэффективная альтернатива традиционной электронике
Современные технологии передачи данных через движение электронов сталкиваются с проблемой перегрева и ограничений миниатюризации. Прорывной заменой стала спинтроника, использующая спиновые токи и волны для переноса информации без перемещения заряда. Это решение в разы снижает тепловые потери и открывает путь к созданию компактных высокопроизводительных устройств.
Коллективные колебания спинов как основа новых технологий
Спиновые волны, представляющие собой синхронные изменения магнитных моментов электронов под воздействием внешнего поля, стали основой для революционных разработок. Их способность передавать данные без энергозатратного движения зарядов особенно востребована в системах сверхбыстрой связи, квантовых вычислений и искусственных нейросетей. Ранее используемые материалы, включая ферромагнитные пленки, не обеспечивали необходимой ширины полосы частот — новый метаматериал решает эту проблему.
Международная коллаборация в области метаматериалов
Успех стал возможен благодаря совместной работе ученых Саратовского национального исследовательского университета имени Н.Г. Чернышевского, Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН и британского Университета Эксетера. Созданная ими структура демонстрирует рекордные сверхширокополосные характеристики, что приближает внедрение технологий 6G и интеллектуальных вычислительных систем будущего.
Уникальные свойства ферромагнитной матрицы
В основе исследования лежит ферромагнитная матрица — материал с удивительной способностью сохранять собственную намагниченность даже без воздействия внешнего магнитного поля. Эта особенность обусловлена нескомпенсированными магнитными моментами спинов. Когда же к матрице прикладывают постоянное магнитное поле, спины синхронизируются, выстраиваясь в одном направлении. Так возникает «магнитный порядок», приводящий к насыщению намагниченности — ее максимальному значению!
Магнитостатические волны: ключ к передаче данных
При воздействии переменным магнитным полем структура материала меняется, порождая магнитостатические спиновые волны — идеальный инструмент для передачи информации. Важно, что частоту этих волн можно гибко настраивать от 1 до 30 ГГц, просто изменяя параметры внешнего поля! Однако на высоких частотах их полосовые свойства снижались, что вдохновило ученых на поиск инновационных решений.
Прорыв в управлении волнами
Эксперименты показали: добавление в матрицу тонких изолированных металлических проволок кардинально улучшает характеристики волн. Благодаря новой структуре удалось расширить полосу пропускания до впечатляющих 2–30 ГГц! Это открывает путь к созданию компактных устройств с рекордной скоростью обработки сигналов.
MaxLLG: Технологии будущего уже сегодня
Для расчетов использовали уникальную программу MaxLLG, разработанную британскими специалистами. Она позволяет моделировать материалы с металлическими включениями, что недоступно другим инструментам. В перспективе это поможет создавать метаматериалы на базе антиферромагнетиков, сдвинув рабочий диапазон в терагерцовую зону. Такие разработки станут фундаментом для сетей 6G, обеспечивая мгновенную передачу данных и беспрецедентную стабильность связи!
Совмещая фундаментальные открытия и передовые технологии, ученые делают уверенный шаг к новому уровню коммуникаций. Возможность управлять спиновыми волнами в столь широком диапазоне — это не просто прорыв, а настоящий мост в эру сверхскоростного цифрового мира!
Перспективы создания инновационных метаматериалов
ССледующим шагом станет разработка действующего прототипа метаматериала на основе как объёмных, так и ультратонких ферромагнетиков. Это открывает новые горизонты для их внедрения в планарные электронные системы, что значительно расширит возможности современной функциональной электроники», — делится планами Сергей Гришин, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедрой электроники, колебаний и волн Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского.
Прорыв в технологиях связи будущего
Особое внимание учёные уделяют созданию метаматериалов для терагерцового диапазона. «Работа в этом направлении крайне важна — именно такие решения станут основой для беспроводных коммуникаций нового поколения с рекордной скоростью передачи данных», — подчёркивает исследователь. Разработки позволят совершить качественный скачок в развитии телекоммуникационных систем, приближая эру высокоскоростной связи 6G.
Источник: scientificrussia.ru
