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.
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.
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.
