University of Delaware представил исследование, которое показало: магнитные волны, называемые магнонами, способны создавать электрические сигналы внутри материалов, что открывает путь к созданию ультрабыстрых и энергоэффективных микрочипов, пишет КТРК. Учёные считают, что это открытие может объединить магнитные и электрические системы, сократив потери энергии в вычислительных устройствах.
Работа выполнена в Центре гибридных активных и адаптивных материалов (CHARM) при поддержке Национального научного фонда США. Исследование описывает, как магноны могут передавать данные, не двигая электроны, а изменяя их спиновое состояние. Такой подход способен значительно ускорить вычисления и уменьшить нагрев процессоров, который остаётся одной из главных проблем современной электроники.
Магнитные волны как средство передачи информации
Магнетизм возникает благодаря электронам, вращающимся вокруг ядра атома и обладающим свойством спина — направленного вверх или вниз. В ферромагнитных материалах, таких как железо, эти спины выстраиваются в одном направлении, создавая устойчивое магнитное поле. Когда один спин отклоняется, его движение вызывает цепную реакцию — и это колебание превращается в волну, называемую магноном.
В современных микрочипах данные передаются движением электронов, что вызывает сопротивление и выделение тепла. Магноны же не требуют перемещения заряда — они передают информацию через изменение направления спинов, что делает процесс почти безэнергетическим. Особенно перспективными считаются антиферромагнитные материалы, где спины чередуются вверх и вниз. В таких системах магноны могут распространяться со скоростью, в тысячу раз превышающей возможности обычных ферромагнитов.
Открытие электрического эффекта магнонов
Учёные из CHARM, используя суперкомпьютерное моделирование, неожиданно обнаружили: движение магнонов в антиферромагнитных материалах создаёт электрические сигналы. Это значит, что волны, распространяющиеся внутри вещества, способны вызывать электрическую поляризацию, которую можно измерить.
Исследователи утверждают, что этот эффект позволяет не только регистрировать движение магнонов, но и управлять им при помощи внешних электрических полей или даже света. Таким образом, в будущем можно будет создать микросхемы, где традиционные проводники заменят «магнонные каналы» — они смогут передавать информацию быстрее, без потерь и перегрева. Особенно интересным оказалось то, что тепловые градиенты внутри материала также влияют на движение магнонов, усиливая эффект поляризации.
Будущее магнонных технологий
Команда из Университета Делавэра уже готовит серию экспериментов, чтобы подтвердить теоретические выводы. Учёные планируют изучить, как магноны взаимодействуют со светом, и можно ли использовать его энергию для управления направлением волнового потока. Это позволит создавать микрочипы нового поколения, способные работать на частотах терагерцового диапазона.
В перспективе такая технология может стать основой для квантовых вычислений и «умных» устройств с минимальным энергопотреблением. Открытие также помогает понять, как спиновые колебания взаимодействуют с атомами материала, что важно для разработки гибридных квантовых систем и новых стандартов в области микроэлектроники.
Напомним, ранее мы писали про то, что нейросети уже используют инструменты распознавания образов для анализа данных и обучения систем искусственного интеллекта.
