p Físicos da Rússia e da Europa demonstraram a possibilidade real de usar sistemas supercondutores / ferromagnetos para criar cristais magnônicos, que estará no cerne dos dispositivos de onda de spin que virão na era pós-silício da eletrônica. O artigo foi publicado na revista Ciência Avançada . p Magnonics investiga as possibilidades de usar ondas de spin para transmitir e processar informações. Considerando que a fotônica lida com fótons e ondas eletromagnéticas, o foco da magnônica está nas ondas de spin, ou magnons, que são oscilações harmônicas da orientação dos momentos magnéticos. Em materiais ferromagnéticos, os momentos magnéticos dos elétrons, ou seja, seus giros, estão alinhados em um campo magnético. As ondas de alinhamento de spin observadas em um sistema magnético são chamadas de ondas de spin.

p Magnonics é visto como uma área de pesquisa promissora em eletrônica de onda pós-silício, já que as ondas de spin têm uma série de vantagens sobre, dizer, fótons de microondas. Por exemplo, ondas de spin podem ser controladas por um campo magnético externo. Microondas, que são ondas essencialmente eletromagnéticas, têm um comprimento de onda médio de um centímetro, enquanto as ondas de spin na mesma faixa de frequência de micro-ondas têm comprimentos de onda de micrômetros. É por isso que essas ondas controláveis ​​podem ser usadas para construir microdispositivos muito compactos para sinais de microondas.

p Os cristais magnônicos são os sistemas mais fundamentais (às vezes chamados de blocos de construção) necessários para construir um dispositivo que opere usando sinais de onda de spin. Esses cristais têm uma ampla gama de aplicações potenciais e estarão no cerne dos filtros de frequência, acopladores de grade, guias de ondas, e dispositivos magnônicos, que são análogos de transistores.

p Os autores deste estudo testaram suas hipóteses básicas, que foi a seguinte:Um cristal magnônico pode ser criado usando um sistema híbrido ferromagneto / supercondutor? Ferromagnetismo e supercondutividade são dois fenômenos antagônicos. Em um supercondutor, os spins dos elétrons ligados a um par de Cooper são orientados em direções opostas, enquanto que em ferromagnetos, eles tendem a se alinhar na mesma direção. Os cientistas tradicionalmente tentam influenciar as propriedades supercondutoras com o ferromagnetismo.

p "Nos últimos anos, tivemos sucesso em conseguir o reverso. Primeiro, examinamos os sistemas ferromagnéticos e vemos se suas propriedades ferromagnéticas podem ser modificadas de alguma forma usando supercondutores. É por isso que atraiu interesse global, "explica o Dr. Igor Golovchanskiy, coautor do estudo e pesquisador do Laboratório de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores do MIPT. "Inicialmente, magnônica incluiu apenas investigações de temperatura ambiente. Portanto, hibridização de ferromagnetos com supercondutores, que não existem à temperatura ambiente, estava fora de questão. Além do mais, o ferromagnetismo tem sido tradicionalmente considerado "mais forte" do que a supercondutividade e, portanto, não pode ser influenciado por ele. Nosso laboratório estuda sistemas criogênicos, e estabelecemos uma meta para observar como os sistemas magnônicos se comportam em temperaturas criogênicas quando são forçados a interagir com supercondutores. "

p O principal resultado desta pesquisa é que os cientistas provaram que é possível trabalhar com cristais magnônicos utilizando o sistema híbrido supercondutor / ferromagneto. Os cientistas também observaram uma peculiar estrutura de bandas magnônicas em sua arquitetura, caracterizada pela presença de bandas proibidas na faixa de frequência gigahertz.

p A pesquisa foi realizada em três etapas:uma amostra foi fabricada e medida, e então simulações foram realizadas. O sistema consistia em uma estrutura regular supercondutora de nióbio (Nb) colocada no topo de um filme fino ferromagnético de Ni80Fe20 permalloy (Py).

p O sistema foi colocado em um criostato, e o coeficiente de transmissão do sinal de microondas foi medido. Se o valor fosse igual às frequências fundamentais do sistema, foi observada absorção de ressonância. Isso é chamado de ressonância ferromagnética. O espectro obtido mostrou duas linhas, indicando que a estrutura periódica consistia em duas áreas ligadas com condições alternadas de ressonância ferromagnética. As propriedades ferromagnéticas foram moduladas por meio da estrutura supercondutora.

p Durante a terceira fase, "simulações micromagnéticas" foram realizadas. Isso ajudou os pesquisadores a recriar a estrutura da banda magnônica, que é formado por faixas permitidas e proibidas com uma geometria diferente.

p O processo tecnológico de desenvolvimento de componentes microeletrônicos à base de silício está atingindo o limite teórico de tamanhos disponíveis. Como resultado, um novo aumento na capacidade computacional, e, portanto, a miniaturização contínua de componentes, requer novas abordagens. A respeito disso, os sistemas supercondutores / ferromagnetos investigados oferecem boas perspectivas para a eletrônica de ondas, uma vez que os tamanhos críticos para materiais supercondutores são menores que um micrômetro. Portanto, é possível fazer elementos supercondutores muito pequenos.

p Os autores do estudo acreditam que os resultados de suas pesquisas encontrarão uso na eletrônica e magnônica de microondas, incluindo o campo da magnônica quântica. Contudo, a gama de aplicações potenciais ainda é limitada, pois o sistema não pode sobreviver à temperatura ambiente.

p O estudo relatado nesta história é um esforço combinado de pesquisadores de uma série de instituições:Laboratório de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores do MIPT, a Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia (MISIS), o Instituto de Física do Estado Sólido da Academia Russa de Ciências, Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI, Universidade Federal de Kazan, a Escola Superior de Economia, Karlsruhe Institute of Technology (Alemanha), o Instituto MESA + de nanotecnologia, e a Universidade de Twente (Holanda).