2019-08-22 10:17:01
一种用于放大镜的超材料用于传统电子学的替代品

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来自俄罗斯和欧洲的物理学家已经证明了使用超导体/铁磁体系统来制造磁性晶体的真正可能性,这将成为后硅电子时代的自旋波器件的核心。该论文发表在“高级科学”杂志上。

Magnonics研究了使用自旋波传输和处理信息的可能性。虽然光子学处理光子和电磁波,但是放大镜的焦点在于自旋波或磁子,它们是磁矩方向的谐波振荡。在铁磁材料中,电子的磁矩,即它们的自旋,在磁场中排列。在磁系统中观察到的自旋对准波被称为自旋波。

Magnonics被认为是后硅波电子学领域一个有前途的研究领域,因为自旋波比微波光子具有许多优势。例如,自旋波可以由外部磁场控制。主要是电磁波的微波具有1厘米的平均波长,而在相同微波频率范围内的自旋波具有微米的波长。这就是为什么这些可控波可用于构建非常紧凑的微波信号微器件的原因。

Magnonic晶体是构建使用自旋波信号操作的器件所需的最基本的系统(有时称为构建块)。这些晶体具有广泛的潜在应用,将成为频率滤波器,光栅耦合器,波导和磁控器件的核心,它们是晶体管的类似物。

本研究的作者测试了他们的基本假设,如下所示:可以使用铁磁/超导体混合系统创建一个磁性晶体吗?铁磁性和超导性是两种对抗现象。在超导体中,束缚在Cooper对中的电子自旋方向相反,而在铁磁体中,它们倾向于以相同方向排列。传统上,科学家试图用铁磁性来影响超导特性。

“过去几年,我们成功地实现了相反的目标。首先,我们研究了铁磁系统,看看它们的铁磁特性是否能以某种方式使用超导体进行修改。这就是它引起全球关注的原因,”Igor Golovchanskiy博士解释道, MIPT超导系统拓扑量子现象实验室研究和研究员的合着者。 “最初,放大镜只包括室温研究。因此,铁磁体与超导体的杂化,在室温下不存在,是不可能的。此外,铁磁性传统上被认为比超导性”更强“,因此,不受它的影响。我们的实验室研究低温系统,我们设定了一个目标,看看当它们被迫与超导体相互作用时,巨磁系统在低温下的表现。“

这项研究的主要成果是科学家已经证明使用超导体/铁磁体混合系统可以使用磁性晶体。科学家们还在他们的建筑中观察到一种特殊的磁带结构,其特征是在千兆赫频率范围内存在禁带。

该研究分三个阶段进行:制作并测量样品,然后进行模拟。该系统由常规的超导铌(Nb)结构组成,该结构放置在铁磁性Ni80Fe20坡莫合金(Py)薄膜的顶部。

将系统置于低温恒温器中,测量微波信号传输系数。如果该值与系统的基频相同,则观察到共振吸收。这称为铁磁共振。获得的光谱显示两条线,表明周期性结构由具有交替的铁磁共振条件的两个结合区域组成。借助于超导结构调制铁磁性质。

在第三阶段期间,进行“微磁模拟”。这有助于研究人员重建磁带结构,这种结构由具有不同几何形状的允许和禁带组成。

硅基微电子元件开发的技术过程达到了可用尺寸的理论极限。结果,计算能力的进一步增加以及因此组件的持续小型化需要新的方法。在这方面,研究的超导体/铁磁体系统为波电子学提供了良好的前景,因为超导材料的临界尺寸小于1微米。因此,可以使超导元件非常小。

该研究的作者相信他们的研究结果将用于微波电子学和放大学,包括量子磁共振学领域。然而,由于系统无法在室温下存活,因此潜在应用的范围仍然有限。

本报告中的研究报告是来自各种机构的研究人员的共同努力:MIPT超导系统拓扑量子现象实验室,国立科技大学(MISIS),俄罗斯科学院固体物理研究所科学,国立研究核大学MEPhI,喀山联邦大学,高等经济学院,卡尔斯鲁厄理工学院(德国),MESA +纳米技术研究所和特文特大学(荷兰)。

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