Ученые установили рекорд генерации спиновых волн с помощью квантов магнитного потока

Взаимодействие флюксона и магнона. Автор: CryoQuant/Технический университет Брауншвейга

Спиновые волны считаются перспективными кандидатами для новой формы электроники. Вместо электронов здесь основное внимание уделяется магнонам. Эти квантованные единицы спиновых волн описывают, как распространяется прецессия спина. Подобно электронам, магноны могут передавать информацию в проводнике. Однако они делают это с гораздо меньшим сопротивлением и, следовательно, с долей энергопотребления.

В Техническом университете Брауншвейга рабочая группа по криогенной квантовой электронике вместе с международными партнерами установила новый рекорд длины волны возбужденных распространяющихся магнонов. Исследователи под руководством профессора Александра Добровольского использовали другую квазичастицу — флюксоны (кванты магнитного потока) — для возбуждения спиновых волн. Команда сотрудничала с партнерами из Хуачжунского университета науки и технологий в Китае, Университета Гёте во Франкфурте-на-Майне, Венского университета и Университета Бордо.

«Флюксоны движутся как кванты магнитного потока сверхпроводника со скоростью до 10 километров в секунду. Нам удалось использовать сверхбыстрые флюксоны для возбуждения спиновой волны в соседнем магните», — объясняет Добровольский.

«Этот эффект можно представить себе похожим на кильватерную волну, создаваемую скоростным катером в воде. За исключением того, что наша лодка настолько быстра, что буквально создает своего рода звуковой удар».

Команда также наблюдала характерную особенность этого взаимодействия: так называемую ступеньку Шапиро в электрическом отклике сверхпроводника. Этот эффект показывает, что движение флюксонов синхронизировано с генерируемыми спиновыми волнами — указание на когерентную связь между двумя системами. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Экспериментальная установка. Автор: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02024-w

Новые возможности для будущих информационных систем

Помимо фундаментальной физики, это открытие открывает новые возможности для электроники на основе спиновых волн.

«Наши результаты могут проложить путь к созданию более компактных, быстрых и эффективных компонентов для будущих систем обработки информации», — говорит профессор Добровольский.

С созданием современных лабораторных помещений в Лаборатории перспективной нанометрологии (LENA) в Техническом университете Брауншвейга группа по криогенной квантовой электронике теперь идеально подготовлена для масштабирования гибридных флюксон-магнонных систем до атомных размеров и проведения экспериментов с отдельными квантовыми возбуждениями.

Магноника — развивающаяся область спинтроники, которая изучает возможность использования магнонов для передачи и обработки информации. В отличие от традиционной электроники, где носителями заряда являются электроны, в магнонике информация переносится спиновыми волнами, что потенциально позволяет создавать устройства с крайне низким энергопотреблением.