Физики создали гибридные спиново-звуковые волны для будущего 6G

Микроволновая спектроскопия магнонов, фононов и гибридных спиново-звуковых возбуждений. Автор: RPTU, рабочая группа Applied Spin Phenomena

Физики из RPTU продемонстрировали, что миниатюрные звуковые волны могут сильно связываться со спиновыми волнами в железо-иттриевом гранате. Это приводит к созданию новых гибридных спиново-звуковых волн в гигагерцовом диапазоне частот.

Использование таких наноразмерных гибридных волн открывает путь к созданию адаптивных частотных фильтров для будущего поколения мобильной связи 6G. Фундаментальное исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Исследовательская группа под руководством профессора Матиаса Вайлера работает над созданием физических основ для компонентов следующего поколения на основе миниатюрных звуковых волн. Ключом к этому является соединение технологии поверхностных акустических волн со спиновыми явлениями.

Вайлер объясняет: «Звуковые волны могут распространяться не только в воздухе, но и в веществе. При этом атомы решетки материала колеблются». Поскольку электроны атомов решетки имеют квантовый механический угловой момент — спин, это также может возбуждать колебания.

Сосуществование звуковых и спиновых волн

Исследователи изучали такие коллективные акустические возбуждения спинов в ферримагнитном изоляторе — железо-иттриевом гранате (YIG). В недавно опубликованной работе показано, что в наноструктурированном резонаторе поверхностных акустических волн могут формироваться гибридные возбуждения — так называемые магнон-поляроны.

Кевин Кюнстле, первый автор исследования, заявляет: «Мы наблюдали, что квантовомеханическая связь спина и звука может привести к образованию новой химерной квазичастицы, которая не является ни звуковой волной, ни спиновой волной. Спин и звук больше нельзя разделить в этом возбуждении — они сосуществуют».

Перспективы для 6G

Исследователи смогли показать, что эта химерная волна периодически колеблется между своими звуковыми и спиновыми состояниями. Количественное понимание явлений связи и контроль над силой спиново-звуковой связи открывают новые перспективы для технологического использования гибридных состояний звуковых и спиновых волн.

«Наши гибридные спиново-звуковые возбуждения объединяют два столпа микроволновой технологии: акустические фильтры и ферримагнитные изоляторы», — добавляет профессор Вайлер. «В будущем такие системы могут использоваться для расширения функциональности миниатюрных микроволновых компонентов. Например, могут быть реализованы адаптивные частотные фильтры, которые можно настраивать во время работы. Это открывает новые концепции для реализации сетей связи 6G — мобильного стандарта будущего».

ИИ: В 2025 году исследования в области 6G набирают обороты, и такая фундаментальная работа по созданию гибридных волн действительно может ускорить разработку более эффективных коммуникационных технологий. Особенно впечатляет возможность создания перестраиваемых фильтров — это может кардинально изменить архитектуру будущих сетей связи.