Открытие, опубликованное в журнале Nature, может проложить путь к разработке квантовых информационных технологий без диссипации (рассеивания энергии). Поскольку спиновые волны не связаны с электрическим током, чипы будут избавлены от сопутствующих потерь энергии, сообщает Университет Ланкастера.
Стремительно растущая популярность искусственного интеллекта сопровождается желанием иметь быстрые и энергоэффективные вычислительные устройства и требует новых способов хранения и обработки информации. Электрические токи в обычных устройствах страдают от потерь энергии и последующего нагрева окружающей среды.
Одной из альтернатив электрическим токам с «потерями» является хранение и обработка информации в виде волн, использующих спины электронов вместо их зарядов. Спины можно рассматривать как элементарные единицы магнитов.
Ведущий автор исследования доктор Ростислав Михайловский из Ланкастерского университета сказал: «Наше открытие будет иметь большое значение для будущих вычислений на основе спиновых волн, которые являются привлекательным носителем информации, поскольку они не связаны с электрическим током и, следовательно, не страдают от резистивных потерь».
Уже много лет известно, что спины могут быть выбиты из равновесной ориентации. После такого возмущения они начинают вращаться вокруг своего равновесного положения. В магнитах соседние спины чрезвычайно сильно связаны друг с другом. Благодаря этому спиновая прецессия может распространяться в магнитном материале, порождая спиновую волну.
«Наблюдение нелинейного преобразования когерентно распространяющихся магнонов в наномасштабе, что является необходимым условием для любой практической обработки данных на основе магнонов, уже более десяти лет стремится осуществить множество групп по всему миру. Поэтому наш эксперимент является вехой в изучении спиновых волн, которая может открыть совершенно новое направление исследований в области сверхбыстрой когерентной магноники с прицелом на развитие бездиссипативных квантовых информационных технологий», – пояснили ученые.
Исследователи впервые реализовали эту возможность на практике. Они добились этого, возбудив систему не одним, а двумя интенсивными лазерными импульсами, разделенными короткой временной задержкой.
Первый автор работы Рубен Лендерс сказал: «В типичном эксперименте с возбуждением одним импульсом мы бы просто ожидали, что две спиновые волны будут интерферировать друг с другом, как это делают любые волны. Однако, изменяя временную задержку между двумя импульсами, мы обнаружили, что суперпозиция двух волн не имеет места».
Команда объяснила свои наблюдения, рассмотрев связь уже возбужденной спиновой волны со вторым световым импульсом. В результате этого, когда спины уже вращаются, второй световой импульс дает дополнительный толчок спинам. Сила и направление этого толчка зависят от состояния отклонения спинов в момент прихода второго светового импульса. Этот механизм позволяет управлять свойствами спиновых волн, такими как их амплитуда и фаза, просто выбирая соответствующую временную задержку между возбуждениями.
[Фото: ru.123rf.com]