A estrutura hexagonal do disco de cobre libera o controle da onda de rotação
Figura 1. Ilustração do cristal magnônico bidimensional desenvolvido neste estudo, visto de um ângulo oblíquo. Discos de cobre são dispostos periodicamente em um filme magnético de granada. Crédito:Taichi Goto e outros Um grupo colaborativo de pesquisadores desenvolveu potencialmente um meio de controlar as ondas de spin, criando um padrão hexagonal de discos de cobre em um isolador magnético. Espera-se que o avanço leve a uma maior eficiência e miniaturização de dispositivos de comunicação em áreas como inteligência artificial e tecnologia de automação.
Detalhes do estudo foram publicados na revista Physical Review Applied em 30 de janeiro de 2024.
Em um material magnético, os spins dos elétrons estão alinhados. Quando esses spins sofrem movimento coordenado, eles geram uma espécie de ondulação na ordem magnética, denominada ondas de spin. As ondas giratórias geram pouco calor e oferecem muitas vantagens para dispositivos de próxima geração.
A implementação de ondas de spin em circuitos semicondutores, que convencionalmente dependem de correntes elétricas, poderia diminuir o consumo de energia e promover alta integração. Como as ondas de spin são ondas, elas tendem a se propagar em direções aleatórias, a menos que sejam controladas por estruturas e outros meios. Como tal, elementos capazes de gerar, propagar, sobrepor e medir ondas de spin estão sendo desenvolvidos de forma competitiva em todo o mundo.
“Aproveitamos a natureza ondulatória das ondas de spin para controlar com sucesso sua propagação direta”, aponta Taichi Goto, professor associado do Instituto de Pesquisa de Comunicação Elétrica da Universidade de Tohoku e coautor do artigo. "Fizemos isso desenvolvendo primeiro um excelente material isolante magnético chamado filme de granada magnética, que tem baixas perdas de ondas de spin. Em seguida, organizamos periodicamente pequenos discos de cobre com diâmetros inferiores a 1 mm neste filme."
. Fig. 2. Fotografia superior do cristal magnônico bidimensional fabricado e do espectro de transmissão da onda de spin naquele momento. Mesmo quando o cristal magnônico bidimensional é girado 5 graus de cada vez, pode-se ver que a frequência do intervalo da banda magnônica indicada por ▲ permanece quase inalterada. Isto sugere uma baixa dependência angular e o potencial para controlar a direção de propagação das ondas de spin. Crédito:Taichi Goto e outros
Fig. 3. Resumo dos resultados obtidos na Figura 2, com o ângulo do cristal magnônico bidimensional no eixo horizontal e o band gap magnônico no eixo vertical. Os cálculos em (a) e os experimentos em (b) estão em boa concordância, mostrando uma pequena mudança de frequência e excelente desempenho. Crédito:Taichi Goto e outros
Ao organizar discos de cobre em um padrão hexagonal semelhante a flocos de neve, Goto e seus colegas conseguiram refletir com eficácia as ondas de spin. Além disso, ao girar o cristal magnônico (mostrado na Figura 2) e alterar o ângulo de incidência das ondas de spin, os pesquisadores revelaram que a frequência na qual ocorre o gap magnônico permanece praticamente inalterada na faixa de 10 a 30 graus. Isto sugere o potencial do cristal magnônico bidimensional para controlar livremente a direção de propagação das ondas de spin.
"Até o momento, não houve confirmações experimentais de mudanças no ângulo de incidência da onda de spin para um cristal magnônico bidimensional composto por um isolador magnético e discos de cobre, tornando este o primeiro relatório do mundo", diz Goto.
Olhando para o futuro, a equipe espera demonstrar o controle da direção das ondas de spin usando cristais magnônicos bidimensionais e desenvolver componentes funcionais que utilizem esta tecnologia.
Mais informações: Kanta Mori et al, Modos de cristal magnônico bidimensionais dependentes de orientação em um guia de ondas ferrimagnético de amortecimento ultrabaixo contendo redes hexagonais reposicionadas de discos de Cu, Physical Review Applied (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.014061 Fornecido pela Universidade Tohoku
