科学家开发了一种用于放大镜的超材料 它是传统电子产品的替代品

资讯2021-10-06 12:00:36王生燕
导读 来自俄罗斯和欧洲的物理学家已经证明了利用超导体 铁磁系统制造磁性晶体的真正可能性,这将成为后硅电子时代自旋波器件的核心。这篇论文发
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来自俄罗斯和欧洲的物理学家已经证明了利用超导体/铁磁系统制造磁性晶体的真正可能性,这将成为后硅电子时代自旋波器件的核心。这篇论文发表在《高级科学》杂志上。

磁振子研究了利用自旋波传输和处理信息的可能性。虽然光子学研究光子和电磁波,但放大镜的焦点是自旋波或磁子,它们是磁矩方向的谐波振荡。在铁磁材料中,电子的磁矩,也就是它们的自旋,在磁场中是对齐的。在磁系统中观察到的自旋排列波称为自旋波。

磁电子学被认为是后硅波电子学领域一个很有前途的研究领域,因为自旋比比微波光子有很多优点。例如,自旋波可以由外部磁场控制。微波主要是电磁波,平均波长为1厘米,而同一微波频率范围内的自旋波波长为微米。这就是为什么这些可控波可以用来构建非常紧凑的微波信号微器件。

磁振子晶体是构建利用自旋波信号工作的器件所需要的最基本的系统(有时称为构件)。这些晶体具有广泛的潜在应用,并将成为频率滤波器、光栅耦合器、波导和磁控器件的核心,这些都是晶体管的类似物。

这项研究的作者测试了他们的基本假设如下:铁磁/超导体混合系统可以用来制造磁性晶体吗?铁磁性和超导性是两种相反的现象。在超导体中,束缚在库珀对中的电子以相反的方向旋转,而在铁磁体中,它们倾向于以相同的方向排列。传统上,科学家试图用铁磁性来影响超导特性。

“过去几年,我们成功实现了相反的目标。首先,我们研究了铁磁系统,看看它们的铁磁特性是否可以通过超导体以某种方式改变。这就是它吸引全球关注的原因,”实验室研究的合著者、MIPT超导系统拓扑量子现象的研究人员伊戈尔戈洛夫昌斯基博士解释道。“最初,放大镜只包括室温研究。因此,铁磁材料不可能与超导体杂交,而超导体在室温下是不存在的。此外,铁磁性传统上被认为比超导性“更强”,因此不受其影响。我们的实验室研究低温系统,我们设定了一个目标,看看巨磁系统在低温下被迫与超导体相互作用时的表现。”

这项研究的主要结果是,科学家已经证明磁性晶体可以用于超导体/铁磁混合系统。科学家还在他们的建筑中观察到一种特殊的带状结构,其特征是在千兆赫频率范围内存在带隙。

研究分为三个阶段:制作和测量样品,然后进行模拟。该系统由传统的超导铌(Nb)结构组成,该结构放置在铁磁Ni80Fe20坡莫合金(Py)薄膜的顶部。

将系统置于低温恒温器中,测量微波信号传输系数。如果该值与系统的基频相同,则观察到共振吸收。这叫做铁磁谐振。获得的光谱显示两条线,表明周期结构由两个具有交替铁磁谐振条件的结合区组成。用超导结构调制铁磁性。

第三阶段进行“微磁模拟”。这有助于研究人员重建由不同几何形状的允许带和禁止带组成的带结构。

硅基微电子器件发展的技术过程已经达到了可用尺寸的理论极限。因此,计算能力的进一步提高以及组件的持续小型化需要新的方法。在这方面,所研究的超导体/铁磁系统为波动电子学提供了良好的前景,因为超导材料的临界尺寸小于1微米。因此,超导元件可以做得非常小。

作者相信他们的研究成果将用于微波电子学和联合国

本报告中的研究报告是来自多个机构研究人员的共同努力:MIPT超导系统拓扑量子现象实验室、国立科技大学(MISIS)、俄罗斯科学院固体物理研究所、MEPhI、国立研究核大学、喀山联邦大学、高等经济学院、卡尔斯鲁厄理工学院(德国)、MESA纳米技术研究所和特温特大学(荷兰)。

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