Wspomniany nano-oscylator jest tak mały, że mieści się w nanometrowej przestrzeni, a jednocześnie potrafi zamienić prąd stały w precyzyjnie dostrajane mikrofalowe sygnały. Na takiej właśnie zasadzie działają SHNO, czyli miniaturowe komponenty spintroniczne, które stanowią jedną z największych nadziei nowoczesnej elektroniki. Do tej pory jednak naukowcy musieli polegać na pomiarach pośrednich, ponieważ zachodzące wewnątrz nich procesy trwają ułamki nanosekund i odbywają się w skali nanometrów.
Czytaj też: Fizyk sprawdził Manewr Picarda ze Star Treka. Okazała się jeszcze lepsza niż w serialu
Przełom nadszedł za sprawą szwedzko-niemieckiego zespołu badawczego z Uniwersytetu w Göteborgu oraz ośrodka badawczego Helmholtz-Zentrum Berlin, we współpracy z Instytutem Badań Inteligentnych im. Maxa Plancka w Stuttgarcie. Wykorzystując zaawansowane instrumentarium rentgenowskie, naukowcy po raz pierwszy bezpośrednio zobrazowali dynamikę magnetyzacji wewnątrz pracującego układu.
Badania prowadzili z wykorzystaniem mikroskopu skaningowo-transmisyjnego promieniowania rentgenowskiego MAXYMUS. Zastosowali technikę stroboskopową, rejestrując ruch fal magnetycznych z rozdzielczością przestrzenną rzędu kilkudziesięciu nanometrów i rozdzielczością czasową znacznie przewyższającą okres oscylacji. Uzyskane nagrania rentgenowskie ujawniły zaskakujący obraz.
Jaki? Ano taki, w którym fale spinowe nie wzbudzają się równomiernie na obu krawędziach nanozwężenia, lecz koncentrują się głównie po jednej stronie. Ponadto rozchodzą się one w sposób silnie anizotropowy, prostopadle do przyłożonego pola magnetycznego. Aby wyjaśnić zaobserwowane zjawisko, fizycy musieli zmodyfikować dotychczasowe modele mikromagnetyczne.
Symulacje zaczęły dokładnie odzwierciedlać rzeczywiste wyniki dopiero wtedy, gdy uczeni uwzględnili trzy subtelne efekty, które wcześniej były pomijane. Połączenie tych trzech czynników pozwoliło na pełne zrozumienie fizyki procesów zachodzących w układzie. Podczas eksperymentów ich autorzy natknęli się również na intrygujący efekt uboczny. Długotrwałe wystawienie badanych struktur na intensywne miękkie promieniowanie rentgenowskie prowadziło do trwałych zmian właściwości magnetycznych materiału. Dotyczy to konkretnej kombinacji ultracienkiej warstwy kobaltu, żelaza i boru pokrytej tlenkiem magnezu, a więc materiału kluczowego dla współczesnych urządzeń spintronicznych.
Czytaj też: Obiekt złamał trzecią zasadę dynamiki Newtona. Chińscy naukowcy świętują
Jeśli chodzi o praktyczne zastosowania, to opisywane elementy mogłyby sprawdzić się na przykład w przestrzeni kosmicznej czy na satelitach, gdzie odporność na promieniowanie jest kluczowa.Nowe obserwacje dają badaczom solidną, mikroskopową bazę do lepszego kontrolowania sieci wzajemnie zsynchronizowanych nano-oscylatorów. To krok bliżej ku ultrawydajnym komputerom przyszłości oraz stabilnym systemom komunikacyjnym nowej generacji.
Źródło: HZB
