Создан первый автономный чип на спиновых волнах для будущих телекоммуникаций

Исследователи из Миланского политехнического университета (Политехнико ди Милано) представили первое полностью интегрированное и настраиваемое устройство на основе спиновых волн. Эта разработка открывает новые возможности для телекоммуникаций будущего, выходящие далеко за рамки текущих стандартов 5G и 6G.

Ложная цветовая SEM-визуализация и схематическое поперечное сечение устройства. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202503493

Магноника — это перспективная технология, использующая спиновые волны (коллективные возбуждения электронных спинов в магнитных материалах) в качестве альтернативы электрическим сигналам. До сих пор её распространение сдерживалось необходимостью использования внешнего магнитного поля, что не позволяло интегрировать её в чипы.

Новое устройство преодолевает это ограничение: оно миниатюрно (100 × 150 квадратных микрометров, что значительно меньше современных устройств обработки радиочастотных сигналов на акустических волнах), полностью интегрировано на кремнии и совместимо с существующими электронными платформами. Оно функционирует без внешних магнитов благодаря инновационной комбинации постоянных SmCo микромагнитов и концентраторов магнитного потока.

Волновод из CoFeB оснащён двумя антеннами для ввода и вывода ВЧ-сигнала. Поперечное магнитное поле можно точно модулировать, варьируя расстояние между магнитами и концентраторами от 11 до 20,5 мТл. Это позволяет настраивать рабочую частоту в диапазоне от 3 до 8 ГГц и регулировать фазовый сдвиг до 120 градусов на частоте 6 ГГц.

Прототипы уже функционируют как линии временной задержки и фазовращатели без применения внешнего поля смещения. Дизайн позволяет интегрировать их с МЭМС для перенастройки устройств в реальном времени. Выбор SmCo микромагнитов обеспечивает стабильность при температурах до 200°C и генерацию магнитного поля без потребления энергии.

Как объясняет Риккардо Бертакко из Департамента физики Политехнико ди Милано:

«Этот результат — решающий шаг к переходу спиновых волн от лабораторных демонстраций к технологии, которую можно реально внедрить в телекоммуникационные системы и электронные схемы».

Разработка является частью проекта MandMEMS, объединяющего европейские исследовательские центры и промышленных партнёров. Координатор проекта Филипп Пирро из RPTU заявил:

«Опираясь на этот успех, мы можем теперь решать следующие задачи, такие как дальнейшее повышение эффективности передачи устройств. Мы уверены, что вскоре представим коммерчески пригодные устройства для 6G на основе автономных спиноволновых чипов».

Эта инновация закладывает основу для создания компактных, энергоэффективных и высокопроизводительных устройств, которые найдут применение не только в телекоммуникациях, но и в потребительской электронике, автомобильном секторе, диагностике и других областях, требующих интегрированной обработки высокочастотных сигналов.