Учёные из России и Белоруссии раскрыли и впервые продемонстрировали новый механизм сверхбыстрого переключения антиферромагнетика с помощью лазера через «скрытую» фазу вещества при комнатных температурах. Это может стать платформой для создания сверхбыстрых и защищённых от помех устройств обработки информации. О научном достижении сообщают ТАСС и Известия.
Исследованием занималась группа учёных из СГУ, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) и Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (Минск). Результаты исследования, поддержанного РНФ, опубликованы в одном из самых престижных и авторитетных научных журналов в области физики – Physical Review Letters.
«Полученные данные открывают новый путь для сверхбыстрого управления магнитным порядком в антиферромагнетиках, что имеет огромное значение для разработки энергоэффективных спинтронных устройств и систем магнитной памяти следующего поколения. Такие разработки повышают предел скоростей работы устройств обработки информации в сотни раз, являясь основой устройств с гораздо более низким энергопотреблением, сверхбыстрой скоростью переключения и устойчивостью к внешним помехам», – рассказали учёные.
Для устройств обработки информации необходимо переключать микроскопические магнитные моменты. Традиционно для этого используют ферромагнетики, но их применение в современных системах ограничено низкой скоростью переключения. Перспективной быстрой альтернативой выступают антиферромагнетики – материалы, которые при отсутствии внешнего магнитного поля магнитноупорядочены. Однако надёжное управление их состоянием при комнатной температуре остаётся сложной задачей, стоящей перед учёными.
В работе продемонстрировано, что короткий лазерный импульс создаёт скрытую фазу материала, затем происходит поворот магнитной ориентации материала на 90 градусов. Эту скрытую фазу можно контролировать лазером и тем самым регулировать, насколько быстро произойдёт переключение и насколько полно оно завершится. Важно, что этот механизм продемонстрирован для температур слегка выше комнатной, что является критическим при создании устройств, отмечают исследователи.
Механизм, раскрытый российскими и белорусскими учёными, будет особенно востребован в авионике, ядерной энергетике или квантовых компьютерах, отметили в вузе. В частности, он станет актуален для будущих технологий хранения данных, в задачах обработки сигналов, нейроморфных вычислений, машинного обучения и криптографии.
Работа стала возможной благодаря наличию в России уникальной установки фемтосекундной и терагерцевой спектроскопии в Санкт-Петербурге и уникальной установки мандельштам-бриллюэновского рассеяния света (BLS) в Саратове. Соавтор работы, доцент кафедры физики открытых систем СГУ А.В. Садовников рассказал, что благодаря совместному применению методов фемтосекундной магнитооптики и BLS-спектроскопии учёным удалось построить полную картину кинетики фазового перехода – от первых пикосекунд до наносекундного масштаба.
