來自莫斯科物理與技術研究所、Kotelnikov無線電工程與電子研究所和N.G.Chernyshevsky Saratov國立大學的研究人員已經證明：磁子邏輯電路中的耦合元件是如此關鍵，以至於選擇不當的波導可能會導致信號丟失。物理學家們開發了一個參數模型來預測避免信號損失的波導結構，建造了一個波導原型，並在實驗中對該模型進行了測試，其研究論文發表在《應用物理》期刊上。磁子邏輯研究的基本目標是創造出與現有電子學兼容的替代電路元件。
這意味著開發全新的元件，包括速度更快、功耗更低的信號處理器，可以整合到當今的電子產品中。在設計新設備時，各種部件相互集成。然而，磁子電路依靠磁波導而不是電線來實現這一點。研究人員先前推測，波導在從一個組件到另一個組件的傳輸過程中，可能會對信號強度產生不利影響。俄羅斯物理學家的新研究表明，波導的影響比預期的要大。事實上，事實證明，選擇不當的波導幾何結構可能會導致信號完全丟失。
其原因是自旋波干擾，波導是非常小的部件，測量百分之一微米，在這個尺度上，信號的橫向量化需要考慮在內。研究人員致力於一個優化問題：如何為磁子電路設計波導以確保最大效率？該團隊開發了一種理論和數學模型來描述納米波導中的波傳播。為此，MIPT太赫茲自旋電子學實驗室的高級研究員Dmitry Kalyabin，將該團隊之前為聲學系統開發的結果改編為自旋波。隨後創建了一個原型裝置，並使用一種名為布里淵光譜學的方法驗證了計算。
這項技術包括在樣品暴露於雷射後對樣品中的磁化分布進行「快照」。然後，用這種方法觀察到的分布可以與理論預測相比較。太赫茲自旋電子實驗室負責人、俄羅斯科學院相應成員謝爾蓋·尼基托夫說：我們最初的目標是建立一個模型，能夠在實際製造波導之前計算波導的吞吐量特性。其預期是，優化波導的形狀可以最大限度地提高信號傳輸效率。但研究顯示，干擾的影響比預期的要大，次優的參數有時會導致信號完全丟失。
雖然使用了錐形窄鐵磁波導的例子來說明模型是如何工作的，但它適用於當前使用的所有波導類型。研究了磁子邏輯的重要元件，不規則鐵磁窄波導中靜磁表面自旋波的傳播特性，所建立的數學模型是基於伽遼金方法。通過布里淵散射光譜驗證了理論研究的正確性。這些過程可以通過調節結構和激勵參數來控制，波導寬度的漸變可以用來改變自旋波能量密度。結果表明，波導寬度效應和不規則性對自旋波傳播的影響是至關重要。
博科園｜研究/來自：莫斯科物理技術研究所
參考期刊《應用物理》
DOI: 10.1063/1.5099358
博科園｜科學、科技、科研、科普