p As tecnologias de processamento da informação que normalmente são baseadas em cargas eletrônicas também podem teoricamente fazer uso do spin elétrico. A spintrônica magnética pode aproveitar as ondas de spin quantizadas, magnons, como portadores de correntes de spin em circuitos magnônicos integrados. O caráter de onda e a propagação livre de aquecimento de joule das ondas de spin é uma combinação promissora para projetar plataformas de computação altamente eficientes com circuitos magnônicos integrados. Embora crucial, a realização de circuitos em nanoescala é extremamente desafiadora devido à dificuldade de adaptar as propriedades magnéticas nanoscópicas usando técnicas convencionais. Magnonics é, portanto, um jovem campo de pesquisa na interseção do estudo da dinâmica do spin e ciência e tecnologia em nanoescala. p Em um estudo recente, agora publicado em Nature Communications Physics , físicos multidisciplinares nos EUA e na Europa desenvolveram colaborativamente em nanoescala, reconfigurável, circuito de onda de spin usando texturas de spin padronizadas. No trabalho, Edoardo Albisetti e colegas de trabalho visualizaram e canalizaram as ondas de spin em propagação em guias de ondas nanomagnônicas arbitrárias usando imagens de microscopia de raios-X de transmissão de varredura espacial e resolvida no tempo (STXM), sem campos magnéticos externos ou correntes. Além disso, os físicos demonstraram um circuito prototípico baseado em dois nanowavguides convergentes para permitir a superposição espacial ajustável e interferência de modos de onda de spin confinados. O trabalho estabelece as bases para o uso de texturas de spin projetadas como blocos de construção para dispositivos de computação baseados em ondas de spin.

p A manipulação de ondas giratórias é uma alternativa promissora à eletrônica convencional para desenvolver plataformas de computação com eficiência energética, com muitos conceitos propostos nos últimos anos para concretizar o conceito, de ondas de spin de troca de dipolo em geometria restrita a fibras de onda de spin baseadas em torque de spin-órbita. Um grande desafio que tem dificultado a realização de circuitos de ondas de spin em nanoescala é a canalização e direção eficientes de ondas de spin, até agora integrado apenas em elementos de tamanho mícron por meio de campos externos, ou usando matrizes de nanoímãs. No caminho para a nanomagnônica, é altamente atraente considerar o uso de texturas de spin em nanoescala para controlar a propagação de ondas de spin, embora os métodos convencionais tenham impedido tais esforços com base nas paredes de domínio (nas quais dipolos magnéticos ou spins se reorientam). Além disso, a capacidade de direcionar texturas de spin para controlar ondas de spin em um circuito de ondas de spin em nanoescala também permaneceu indefinida. Além disso, as dimensões confinadas de tais modos de onda de spin ainda devem ser observadas e investigadas em detalhes.

p Albesetti et al. demonstraram os blocos de construção fundamentais do circuito de ondas de spin usando nanowaveguides magnônicos de formato arbitrário e circuitos de ondas de spin prototípicos. A configuração permitiu a superposição sintonizável de sinais que se propagam em dois guias de onda convergentes, padronizando a textura de spin de um filme fino ferromagnético usando uma técnica previamente estabelecida de litografia por sonda de varredura magnética termicamente assistida (tam-SPL). A ausência de padronização física e reversibilidade da técnica tam-SPL permitiu estruturas nanomagnéticas totalmente reconfiguráveis ​​com base em texturas de rotação com funcionalidade projetada. A evidência direta foi fornecida por meio de observações feitas usando STXM resolvido no espaço e no tempo na canalização e direção de modos de onda de spin localizados que se propagam dentro de guias de onda baseados em parede de domínio reto e curvo, sem um campo magnético externo.

p Os autores padronizaram diferentes texturas de spin em uma bicamada ferromagnética / antiferromagnética de viés de troca, varrendo uma sonda de varredura aquecida usando tam-SPL. O processo define a força e a direção da anisotropia magnética unidirecional no filme ferromagnético, permitindo nanopadronização de configurações de spin projetadas. Ao controlar a geometria da área digitalizada pela ponta, foram obtidas paredes de domínio retas e curvas. As texturas de spin padronizadas e os modos de onda de spin localizados foram caracterizados usando STXM. Uma antena de microfita foi empregada para a excitação da onda de spin propagada livremente ao longo da parede, em modos conhecidos como magnons de inverno.

p Depois disso, pilhas de Co ₄₀ Fe ₄₀ B ₂₀ (20 nm), Ir ₂₂ Mn ₇₈ (10 nm) e Ru (2 nm) foram depositados em Si de 200 nm de espessura ₃ N ₄ membranas por meio de pulverização catódica de magnetron DC aplicando um campo magnético de 30 mT para fabricar os guias de onda. Antenas de microfita (2 µm x 30 µm) foram fabricadas no dispositivo usando litografia óptica. As multicamadas de polarização de troca projetadas foram fotografadas opticamente para visualizar a orientação da parede de domínio padronizada em relação à antena. Imagens STXM estáticas exibiram texturas de rotação padronizadas via tam-SPL, seguido por simulações micromagnéticas correspondentes.

p Os pesquisadores usaram microscopia de raios-X de transmissão resolvida no tempo na estação final polLux (X07DA) da Swiss Light Source para obter a configuração magnética dependente do tempo das amostras. Usando a técnica, ondas de spin foram fotografadas estroboscopicamente com uma resolução de ponto entre 40 - 75 nm; resultados para paredes curvas e retas foram relatados. A filtragem gaussiana foi usada para aumentar o contraste com uma frequência de excitação (1,28 GHz) sem um campo magnético estático externo. As ondas de spin confinadas na parede do domínio propagaram-se para longe da antena localizada na parte inferior dos painéis.

p

p ondas de spin se propagando ao longo de um caminho curvo foram observadas posteriormente a uma frequência de excitação de 1,11 GHz. ondas de spin foram confinadas nas paredes padronizadas e detectadas até 2 µm de distância da antena. Os autores também relataram distâncias de propagação mais longas ao longo de uma parede de domínio curva detectável até 3,5 µm de distância da antena de microfita.

p

p No estudo, simulações micromagnéticas foram realizadas resolvendo a equação de movimento Landua-Lishitz-Gilbert integrada no software de código aberto MuMax3. As simulações estiveram de acordo com os resultados experimentais para confirmar o caráter propagativo das excitações. A demonstração do caráter de propagação e da dispersão positiva confirmou a possibilidade de usar tais modos guiados para transportar informações dentro de circuitos nanomagnônicos integrados. Guias de onda que podem controlar e manipular modos de rotação confinados constituem blocos de construção fundamentais para realizar dispositivos nanomagnônicos. Os autores, a partir daí, demonstraram um circuito nanomagnônico que permitia superposição espacial sintonizável e interferência dos modos de onda de spin guiada propagando-se em dois guias de onda convergentes.

p

p Usando imagens STXM, os autores mostraram uma textura de spin composta por duas paredes de domínio que podiam ser controladas através da aplicação de um pequeno campo magnético estático variando de 2 mT - 1,68 mT. O sistema foi extensivamente caracterizado para antecipar o controle da sobreposição e outras propriedades dos modos guiados por meio de estímulos externos para prever a implementação de funções lógicas em dispositivos baseados em textura de spin; como anteriormente apenas projetado com o conceito de interferômetros de onda de spin.

p Nesse trabalho, os autores projetaram um circuito nanomagnônico prototípico que permitiu superposição espacial sintonizável de sinais que se propagam em dois guias de ondas convergentes. A perspectiva de desenvolver um circuito reconfigurável em nanoescala era um desafio experimental de longa data. O trabalho demonstrou que as texturas de spin projetadas eram um poderoso, ferramenta versátil que permitiu o desenvolvimento experimental de nanocircuitos. A pesquisa marca uma transição fundamental no avanço experimental em direção a dispositivos integrados de computação nanomagnônica. p © 2018 Phys.org