Электронные устройства вскоре могут быть вытеснены магнонными

Электронные устройства, такие как транзисторы, постоянно миниатюризируются и вскоре достигнут пределов своей производительности, возможной при работе на базе электрического тока.

Устройства на основе тока магнонов — квазичастиц, связанных с волнами намагниченности или спиновыми волнами, возникающими в некоторых магнитных материалах, способны преобразить микроэлектронику.

Инженеры из Калифорнийского университета сделали важный шаг в области создания магнонных устройств, впервые исследовав уровень шума, связанного с магнонным током.

Шум или флуктуации тока является важным показателем того, пригодно ли электронное устройство к практическому использованию. Поскольку шум мешает работе устройства, лучшее понимание его роли в магноне поможет создать более совершенные устройства.

Сегодняшняя электроника основана на веществах, проводящих электрический ток, таких как металлы и полупроводники. При движении электроны рассеиваются, что выражается в нагревании и потере энергии. Чем меньше устройство и выше плотность транзисторов в нём, тем выше потери на нагревание. Устройства на основе электронного тока достигли минимально возможных размеров.

Новый класс материалов обладает магнитными свойствами, происходящими от спина — аналога момента вращения электрона. Отдельные «порции» спиновых волн назвали «магнонами». Магноны не являются настоящими частицами, такими как электроны, но они ведут себя как частицы и могут рассматриваться как таковые.

Всплеск энергии, называемый «спиновой волной», распространяется в изоляторе, и эта энергия передается без перемещения электронов — подобно тому, как люди исполняют «волну» на стадионе. Это значит, что магноны могут распространяться без генерации тепла и потерь энергии.

Новая область электроники — магноника — занята созданием устройств для обработки и хранения информации, а также для сенсорных приложений, которые используют потоки магноном вместо электронов. Электронный шум известен давно, однако до последнего времени никто не занимался магнонным шумом.

В Университете Калифорнии создан чип, генерирующий магнонный ток или спиновую волну между передающей и принимающей антеннами.

Эксперименты показали малошумность магнонов на низких энергиях. Однако при высоких энергиях шум сильно возрастал, показывая сильные флуктуации, которые мешали работе прибора. Этот шум заметно отличался от шума, производимого электронами, и это указывает на ограничения магнонных приборов. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что магнонные устройства лучше эксплуатировать при низких энергиях.