Наноструктуры в виде магнитных лабиринтов могут ускорить передачу данных в дата-центрах

Международная группа учёных разработала новый метод создания магнитных оптических материалов, который устраняет давнее ограничение в проектировании и может повысить скорость и эффективность коммуникаций в дата-центрах.

Поляризационная микроскопия показывает наноразмерные лабиринтные магнитные домены (~219 нм). Автор: ACS Applied Optical Materials (2025). DOI: 10.1021/acsaom.5c00496

Используя технику ионно-лучевого распыления, исследователи из Университета Тохоку, Технологического университета Тоёхаси, компании Shin-Etsu Chemical и MIT создали наноразмерные лабиринтные магнитные структуры. Они формируются стабильно, независимо от деформации подложки, на которую наносятся.

Ключевым компонентом для оптической передачи данных являются магнитные гранатовые плёнки, такие как церий-замещённый иттрий-железный гранат (Ce:YIG). Они действуют как «светофоры» в оптических каналах. Для их работы критически важна перпендикулярная магнитная анизотропия, когда намагниченность направлена строго вверх от поверхности. Раньше для её достижения требовалось идеальное соответствие кристаллических решёток плёнки и подложки, что сильно ограничивало выбор материалов.

Команда преодолела это ограничение, нанеся плёнки Ce:YIG на подложки, создающие противоположные типы деформации. Оба образца продемонстрировали сильную перпендикулярную анизотропию, несмотря на несоответствие решёток. Оказалось, что магнитное поведение в основном определяется «магнетотаксиальной анизотропией» — эффектом, связанным с тем, как атомы выстраиваются в процессе осаждения. Это влияние оказалось более чем в 10 раз сильнее, чем напряжение от подложки.

Созданные плёнки образовали сложные магнитные домены шириной всего около 219 нм, что в десятки-сотни раз меньше, чем у обычных материалов (10–100 мкм). Материал показал вращение Фарадея -1,05°/мкм на длине волны 1064 нм, что примерно в 1,6 раза лучше, чем у обычных плёнок. Низкое поле насыщения (70 мТл против 140–240 мТл) означает, что для работы устройств можно использовать более мелкие и энергоэффективные магниты.

«Достигнув перпендикулярной магнитной анизотропии, не зависящей от деформации подложки, мы устранили серьёзное конструктивное ограничение», — заявил доцент Тайти Гото из Университета Тохоку. — Это открывает возможности для интеграции наших магнитных оптических материалов с другими материалами для спинтроники и твердотельными оптическими устройствами».

Эта разработка может ускорить создание оптических изоляторов для телекоммуникаций, магнитооптических переключателей для дата-центров и новых спинтронных приложений. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Optical Materials.