Un equipo de investigadores dirigido por un grupo de la Universidad Tecnológica de Delft TU Delft ha demostrado una nueva técnica para generar ondas magnéticas en antiferromagnetos que se propagan a través del material a una velocidad mucho mayor que la del sonido.Las ondas giratorias producen mucho menos calor que las corrientes eléctricas convencionales, lo que las convierte en candidatos prometedores para futuros dispositivos electrónicos con un consumo de energía significativamente reducido.
Los físicos e ingenieros de todo el mundo piensan constantemente en formas de mejorar el rendimiento de los dispositivos electrónicos convencionales. Muchas de sus ideas giran en torno a la sustitución de las corrientes eléctricas, que transportan las señales en los dispositivos de procesamiento de información, por ondas. Las ondas son coherentesexcitaciones, lo que significa que la información se puede codificar tanto en la amplitud como en la fase de la onda. La interferencia y la difracción, fenómenos naturales de una onda de cualquier naturaleza, permiten la creación de los llamados circuitos lógicos basados en ondas, los pequeños bloques de construcciónpara futuras aplicaciones de procesamiento de datos. Dado que las ondas viajan a través de materiales con una resistencia significativamente menor que las corrientes eléctricas, tienen el potencial de reducir drásticamente el consumo de energía en la electrónica del futuro.
Ondas de giro en antiferromagnetos
Las ondas magnéticas, también llamadas ondas de espín, son uno de los candidatos más prometedores para los dispositivos lógicos basados en ondas. Los experimentos que utilizan ondas de espín en imanes regulares ferro han demostrado que es posible construir pequeños dispositivos lógicos sin utilizar corrientes eléctricas.En los últimos años, ha habido un cambio de enfoque hacia el uso de antiferromagnetos. En los materiales antiferromagnéticos, los momentos magnéticos microscópicos de los átomos vecinos, los espines, están estrechamente acoplados y alternan entre dos orientaciones opuestas, de modo que no hay magnetización neta..
La existencia de este orden alterno conduce a velocidades de propagación de ondas de espín significativamente más altas y la posibilidad de velocidades de reloj operativas de terahercios. Sin embargo, la ausencia de magnetización también hace que los antiferromagnetos sean magnéticamente `` invisibles '': es muy difícil detectar e influir en elorden antiferromagnético. La práctica ha demostrado que generar y detectar ondas de espín que pueden moverse a través de medios antiferromagnéticos es aún más difícil. Como resultado, los conceptos de computación basados en ondas de espín antiferromagnéticas han existido hasta ahora como un campo teóricamente atractivo pero experimentalmente inexplorado de oportunidades emocionantes.Las nuevas formas de controlar los momentos magnéticos en los antiferromagnetos son, por lo tanto, de crucial importancia.
Un equipo internacional de científicos de Delft, Kiev, Lancaster, Nijmegen y Salerno ha logrado crear ondas magnéticas coherentes con una longitud de onda del tamaño de un nanómetro en un antiferromaimán que viaja a través del material a velocidades supersónicas. Su truco consistía en utilizar pulsos ultracortos deluz para crear y detectar estas ondas de espín. "Si bien sabíamos que los pulsos de luz ultracortos son capaces de influir en las propiedades magnéticas de los materiales antiferromagnéticos, la posibilidad de lanzar ondas de espín de propagación de longitud de onda corta con luz todavía era bastante inesperada", dice el investigador JorritHortensius de la Universidad Tecnológica de Delft. "Esto se debe a que los pulsos de luz carecen del impulso necesario para hacer que las ondas de giro se propaguen".
Una patada ultrarrápida local
Se sabe desde hace algunos años que los pulsos de luz ultracortos pueden ser la clave para crear ondas de espín de propagación de alta frecuencia. En un picosegundo una millonésima de millonésima de segundo, tales pulsos pueden sacudir el orden magnéticoe iniciar el movimiento magnético en los antiferromagnéticos. Sin embargo, por lo general, el área excitada permanece localizada y no admite la propagación. Hacer que la excitación viaje a través del material requirió otro ingrediente oculto ". La mayoría de los materiales antiferromagnéticos son dieléctricos, lo que significa que son transparentes para la luz visibleEn su lugar, usamos luz ultravioleta que se absorbe fuertemente, de modo que solo sacudimos los espines muy cerca de la superficie del material, dentro de la llamada profundidad de la piel ", dice el investigador Dmytro Afanasiev." La patada ultrarrápida con el fuerte confinamiento en elLa superficie del material resultó ser la combinación para inducir la propagación de ondas de espín antiferromagnéticas ".
Las ondas de giro tienen longitudes de onda de alrededor de 100 nm, que es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz. Esto hace que los investigadores crean que podrían haber creado ondas de giro aún más cortas, aunque no pueden observarlas con sus instrumentos actuales.Jorrit Hortensius: "Como las ondas de espín con longitudes de onda muy pequeñas son las más interesantes para crear elementos computacionales muy compactos, tenemos mucha curiosidad por saber cuál es el límite".
Este trabajo acerca los futuros dispositivos de ondas de espín en antiferromagnetos a la realidad. En última instancia, el objetivo es crear dispositivos a nanoescala que produzcan muy poco calor. Por el momento, sin embargo, Andrea Caviglia, profesora asociada y líder del grupo de investigación en TU Delft,enfatiza la necesidad de explorar: "Una de las preguntas abiertas es si podemos adaptar esta técnica para realizar mediciones eléctricas no locales, en las que excitamos las ondas de giro antiferromagnéticas en un lado del material y las detectamos un poco más adelante. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Delft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :