Ученые создали структуры, заставляющие частицы света активно взаимодействовать с магнонами — волнами намагниченности. Данные структуры можно применять в разработке компьютеров нового поколения, сообщается в научном издании Science Advances.
“Фотоны очень плохо взаимодействуют с магнонами. Мы создали систему, в которой они взаимодействуют очень сильно. С помощью сверхпроводников удалось существенно уменьшить электромагнитный резонатор. Благодаря этому мы уменьшили фазовую скорость фотонов в сотню раз, и взаимодействие кратно увеличилось”, — прокомментировал автор исследования, старший научный сотрудник МФТИ Игорь Головчанский.
Магнонами учёные называют квазичастицы, представляющие собой коллективные колебания спинов электронов или иных частиц. Ими можно пользоваться для передачи и обмена данными внутри квантовых и спиновых компьютеров. Основным препятствием для их разработки является то, что магноны очень слабо взаимодействуют с частицами света по причине огромной разницы в размерах и параметрах. Головчанский и его коллеги сделали большой шаг в сторону решения данной проблемы. Они создали материал, состоящий из двух многослойных структур. Одна из них особым способом “тормозит” частицы света, а вторая меняет поведение магнонов так, чтобы те начинали активнее взаимодействовать с фотонами.
Первая часть данной системы включает чередующиеся пленки из сверхпроводниковых и диэлектрических материалов, а вторая состоит из слоев ферромагнетика и сверхпроводника. На данный момент такая система функционирует при температурах, близких к нулевой отметке, но учёные не исключают, что схожий эффект можно будет получить и в менее экзотических условиях.
Актуальная версия данного устройства даёт возможность за один цикл работы менять местами порядка 70% энергии, которая заточена в магнонной или фотонной части прибора. Данный показатель и без того рекордно высок, но физики считают, что его можно будет увеличить, если подобрать для каждого слоя более удачные материалы. Такие многослойные материалы можно применять в разработке гибридных вычислительных систем на базе фотонов и магнонов и использовать при создании новых типов электроприборов, которые сочетают в своей работе сверхпроводящие и ферромагнитные компоненты, считавшиеся в прошлом практически несовместимыми друг с другом.