Эффект Магнона-Черенкова от пикосекундного импульса деформации
Вышла статья российских физиков из ФТИ им. Иоффе (Петербург) в Nature Physics.
Слово авторам:
«Есть такие магнитоупорядоченные материалы — ферромагнетики. Если очень грубо представить каждый атом в кристаллической решетке такого материала в виде маленького магнита, то при определенных условиях все эти магниты будут направлены более-менее в одну сторону. При отклонении такие магнитики начинают колебаться (прецессировать) вокруг преимущественного направления. При этом соседние магнитики «чувствуют» это и тоже начинают колебаться, но уже с задержкой, и так в материале распространяется так называемая спиновая волна, квант и квазичастица которой — магнон. Главная фишка таких волн заключается в возможности передачи закодированной в фазе и/или амплитуде волны информации без тепловых потерь, поскольку не происходит переноса вещества (как с электронами в проводниках и полупроводниках). Есть и ряд других особенностей спиновых волн, например, ярко-выраженные нелинейные свойства, которые позволяют рассматривать их в качестве основы для построения новой архитектуры вычислений, в том числе нейроморфных. Область, в которой занимаются исследованиями спиновых волн для вычислений, называется магноника. Но известные способы генерации спиновых волн имеют свои достоинства и недостатки, которые не позволяют в полной мере реализовать энергоэффективные магнонные вычислительные устройства.
Наша работа посвящена новому способу генерации спиновых волн. Мы показали, что если воздействовать сфокусированным фемтосекундным лазерным импульсом на нанометровую пленку золота, нанесенную на поверхность магнитоупорядоченной среды, то вследствие такого сверхбыстрого теплового пространственно-ограниченного расширения возникает пикосекундный импульс деформации, распространяющийся вглубь материала со скоростью звука. Импульс деформации (по сути, смещение атомов из положений равновесия) изменяет взаимодействие между элементарными магнитными моментами, то есть как бы расталкивает их, как это делают корабли при движении, оставляя за собой известный конус. Мы рассмотрели особенности такого процесса с учетом конечного спектра импульса деформации и получили условие генерации спиновых волн. Если источник магнитного возмущения движется быстрее фазовой скорости спиновых волн, то происходит их излучение по аналогии с излучением электромагнитных волн заряженной частицей, движущейся быстрее фазовой скорости света в среде, называемым излучением Вавилова-Черенкова. Мы показали, что частота возбуждаемых таким образом спиновых волн соответствует частоте точек пересечения дисперсионных зависимостей обменных спиновых волн и продольных акустических фононов. Также мы проиллюстрировали это излучение с помощью численного моделирования, которое оказалось в согласии с экспериментом. Таким образом, мы продемонстрировали магнонный эффект Вавилова-Черенкова, заключающийся в излучении спиновых волн распространяющимся возмущением магнитной среды. Такой эффект может использоваться для генерации спиновых волн с контролируемыми спектральными характеристиками, а также поскольку волна распространяется вглубь материала, то возможно следующим шагом будет создание гетероструктур различных магнитных материалов, на основе которых будут созданы магнонные вычислительные устройства»
Источник: Пресс-служба ФТИ РАН