Революционный прорыв в визуализации спиновых волн открывает путь к компьютерам будущего

В январском выпуске Nature Materials 2025 года описано революционное достижение ученых из Брукхейвенской национальной лаборатории – создание метода визуализации спиновых волн в реальном времени на наноуровне с беспрецедентным временным и пространственным разрешением.
Революционный прорыв в визуализации спиновых волн открывает путь к компьютерам будущего
Изображение носит иллюстративный характер

Группа исследователей под руководством старшего физика Йимея Чжу разработала уникальную технологию, объединяющую модифицированный электронный микроскоп с микроволновой технологией. «Это первый случай наблюдения спиновых волн с помощью электронной микроскопии», – отмечает ведущий автор исследования Чухан Лю, аспирант Университета Стони Брук.

Спинтроника, изучающая как заряд, так и спин электронов, и её подраздел магноника, исследующий коллективное поведение спинов, открывают путь к энергоэффективным вычислениям и квантовым устройствам. Однако до сих пор существовала проблема изучения спиновых волн на наноуровне из-за недостаточной чувствительности и скорости существующих методов микроскопии.

Исследователи создали и стабилизировали особую топологическую магнитную структуру в тонких пленках пермаллоя, используя литографическое структурирование и микроволновую технологию. В пленках наблюдались спиновые вихри, антивихри и магнитные доменные стенки. При подаче радиочастотного электрического сигнала через антенну генерировались, распространялись и интерферировали спиновые волны.

Ключевым техническим достижением стала разработка ультрабыстрого электронного импульсного генератора, созданного совместно с компанией Euclid Techlabs. Устройство получило престижную награду R&D 100 в 2019 году и премию за инновации в микроскопии в 2020 году. По словам физика Спенсера Рейсбика, синхронизация и выравнивание сотен изображений субмикронного масштаба оказались «сложнее, чем поиск иголки в стоге сена».

Новая технология имеет решающее значение для развития нейроморфных вычислений, стремящихся воспроизвести энергоэффективность и параллельную обработку данных, свойственную человеческому мозгу. «Конечная цель – понять и реализовать функциональность, подобную мозгу, в искусственных системах», – поясняет Йимей Чжу.

Метод открывает новые горизонты в электронной микроскопии, позволяя впервые захватывать динамику магнонов на гигагерцовых частотах, что соответствует современным беспроводным технологиям и квантовым кубитам. Это достижение создает мост между фундаментальными исследованиями и практическими промышленными применениями в вычислительной технике будущего.


Новое на сайте

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка