Международная группа ученых создала метаматериал с использованием ферромагнитных структур, который может работать с микроволнами до 30 гигагерц. Раньше такие частоты были недоступны, а теперь это открытие открывает дорогу к более эффективным устройствам для беспроводной связи, радиолокации и нейроморфных процессоров. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе Российского научного фонда.
Новинка особенно важна для будущих стандартов связи, таких как 6G, которым нужны высокая скорость и энергоэффективность. Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.
Сейчас в большинстве устройств данные передаются через электронные токи, что приводит к нагреву и потере энергии, а также ограничивает уменьшение размеров устройств. Спинтроника предлагает альтернативу, используя спиновые волны — это такие колебания магнитных моментов электронов, которые происходят без перемещения заряда, уменьшая энергорасход и тепловые потери. Они перспективны для создания устройств, способных быстро передавать и обрабатывать информацию с минимальными энергозатратами. Однако раньше материалы, генерирующие такие волны, как тонкие ферромагнитные пленки, не могли обеспечить нужную широту полосы.
Ученые из Саратовского университета, Института радиотехники и электроники РАН и Университета Эксетера разработали метаматериал с широкополосными спиновыми свойствами. Они использовали ферромагнитную матрицу, которая в магнитном поле упорядочивает спины электронов, создавая магнитный порядок. Под воздействием переменного магнитного поля этот порядок нарушается, и возникает магнитостатическая спиновая волна, которая может передавать информацию. В отличие от электромагнитных и акустических волн, частота таких волн может варьироваться от 1 до 30 гигагерц в зависимости от магнитного поля, но с увеличением частоты их широта полосы уменьшается.
Чтобы улучшить полосовые характеристики, в матрицу ввели изолированные металлические проволоки. Это расширило диапазон частот спиновых волн до 2–30 гигагерц. Моделирование проводилось с помощью нового программного обеспечения MaxLLG, разработанного британскими учеными. Оно позволяет проектировать материалы с различными металлическими включениями, что в будущем может привести к замене ферромагнетиков на антиферромагнетики, переводя частоты в терагерцы — перспективное направление для 6G и беспроводных систем связи.
Руководитель проекта Сергей Гришин рассказал, что в будущем планируется создание физического образца метаматериала, включая тонкопленочные ферромагнитные образцы, для интеграции в электронные схемы. Также ведется разработка метаматериалов для работы в терагерцовом диапазоне, что станет важным шагом для высокоскоростных беспроводных систем связи.
Ранее сообщалось, что создаётся цифровой двойник для управления инфраструктурой наукограда Кольцово.