Исследователи из МФТИ, ИРЭ и СГУ показали, что соединительные элементы в электронных схемах магнонной логики очень важны: неудачный волновод может привести к потере сигнала. Ученые построили параметрическую модель, которая позволяет моделировать подходящий волновод, не приводящий к потере сигнала, создали прототип волновода и проверили экспериментально правильность модели.

Статья опубликована в Journal of Applied Physics.

Глобальная задача исследователей, занимающихся магнонной логикой, — это создание альтернативной схемотехники, совместимой с существующей электроникой. То есть нужно сделать так, чтобы к имеющимся устройствам можно было добавлять принципиально новые элементы. Например, более быстродействующие процессоры с низким энергопотреблением.

При проектировании новых устройств необходимо соединять различные элементы друг с другом, как и в обычной схемотехнике. Но в магнонной вместо проводов используются магнитные волноводы. Ранее предполагали, что волноводы могут немного влиять на снижение интенсивности при передаче сигнала от элемента к элементу.

Исследователи из Московского физико-технического института, Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН и Саратовского государственного университета показали, что влияние соединительных элементов более значимо. Если не угадать с параметрами геометрии, весь сигнал может быть потерян. Основная причина этого — интерференция спиновых волн. Ведь волноводы очень маленькие — порядка десятков нанометров, в таких масштабах надо учитывать квантовые свойства сигнала.

Ученые решали оптимизационную задачу: как построить наиболее эффективный волновод для устройств магнонной логики. Они создали теорию и математическую модель, описывающую распространение волн в наноразмерных волноводах. Для этого Дмитрий Калябин, ответственный исполнитель лаборатории терагерцовой спинтроники МФТИ, адаптировал ранее существовавшие в коллективе наработки для акустики на случай магнитных волн.

Его коллегам из Саратова удалось создать прототип и с помощью бриллюэновской спектроскопии (с помощью бриллюэновской спектроскопии можно сделать «фотографию» распределения намагниченности в образце после того, как на него светили лазером) показать, что расчеты московского исследователя оказались верны. Полученное распределение можно сравнить с теоретически рассчитанным.

«Изначально мы предполагали построить модель, по которой можно посчитать пропускные характеристики волновода перед его созданием. Мы думали, что оптимизация формы волновода улучшит КПД передачи сигнала. А в ходе исследования оказалось, что влияние интерференции более существенно: если параметры окажутся неудачными, сигнал может не передаваться вовсе», — рассказал Сергей Никитов, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией терагерцовой спинтроники МФТИ.

Несмотря на то, что в статье исследователи продемонстрировали работу модели на примере прямого случая, ее можно применять и для описания всего спектра существующих сегодня волноводов.