Strona główna Aktualności
Technologie

Fale spinowe nowym rodzajem nośnika informacji?

14.09.2017 Technologie, Przyroda, Innowacje, Życie, Technologia

Fot. Fotolia

Jak zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na urządzenia zapisujące i przesyłające coraz większe ilości danych? Naukowcy z Instytutu Fizyki PAN proponują, aby jako nośnik danych wykorzystać tzw. fale spinowe. O rozpoczynającym się projekcie opowiada PAP jego kierowniczka - dr Ewelina Milińska.

Do przenoszenia i zapisu informacji wykorzystujemy obecnie przede wszystkim osiągnięcia elektroniki - która do przechowywania danych wykorzystuje ładunek elektronu. Z kolei w innej dziedzinie - spintronice - do wykonania tych samych zadań bada się możliwości wykorzystania spinu, czyli kolejnej fundamentalnej właściwości elektronu.

 

Naukowcy z Instytutu Fizyki PAN proponują jeszcze inne rozwiązanie: nośnikiem danych mogą być tzw. fale spinowe. Prace nad materiałami, które pozwolą na takie ich wykorzystanie, rozpoczęła dr Ewelina Milińska z Instytutu Fizyki PAN.

 

Czymże jest jednak tajemniczo brzmiąca fala spinowa? Jak sama nazwa wskazuje, związana jest ona ze spinem - czyli właściwością opisującą w dużym uproszczeniu ruch cząstek elementarnych (w tym elektronów) wokół własnej osi. To właśnie kierunki spinów elektronów składają się na moment magnetyczny atomów i decydują o całkowitym namagnesowaniu danego materiału. Naukowcy z IF PAN w swojej pracy wykorzystują możliwość wzbudzenia drgań spinów.

 

"Wyobraźmy sobie materiał magnetyczny, w którym wszystkie spiny są jednakowo ukierunkowane" - tłumaczy w rozmowie z PAP dr Milińska. - "Jeśli odchylę jeden spin, to będzie próbował on wrócić do swojego punktu równowagi. Jednak jego ruch wychwyci już spin sąsiedniego elektronu - i on również się wychyli" - opowiada. Przez wzajemne oddziaływanie między spinami to wychylenie - czyli zaburzone lokalnie namagnesowanie - będzie się rozchodziło w materiale, przyjmując formę fali. To właśnie nazywamy falą spinową.

 

"Jeśli będziemy w stanie kontrolować rozchodzenie się fal spinowych w materiale - wpływać np. na ich szybkość czy amplitudę - to w parametrach fali spinowej możemy zapisać jakieś informacje" - podkreśla dr Milińska.

 

Właściwość ta czyni kontrolę nad falami spinowymi atrakcyjnym celem dla technologii informacyjno-komunikacyjnych: fale spinowe są falami krótkimi (z długością fali od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów) i o częstotliwości w zakresie giga- oraz teraherców, co umożliwia projektowanie zminiaturyzowanych urządzeń, których jedna operacja wykonana będzie w czasie krótszym od 1 nanosekundy.

 

"Urządzenia opierające swoje działanie na tych zjawiskach nie tylko powinny pracować szybciej i wydajniej, ale i mogą rozwiązać problem miniaturyzacji, na który napotykamy dzisiaj przy półprzewodnikach" - mówi dr Milińska. - "Dodatkowo, przy zjawiskach falowych nie mamy transportu ładunku, a w związku z tym eliminowany jest problem ciepła generowanego podczas pracy urządzenia. Naszym celem jest kontrolowanie tych oddziaływań wzbudzanych w materiale magnetycznym, co poza dużym potencjałem aplikacyjnym, jest też ciekawym zagadnieniem naukowym" - dodaje fizyczka.

 

Nie jesteśmy jednak w stanie bezpośrednio kontrolować poszczególnych spinów - manipulacja parametrami fali spinowej musi się więc odbywać przez dobór odpowiedniego medium, w którym będzie się ona rozchodzić.

 

Tak więc, choć nowa dziedzina badań zajmująca się zjawiskami związanymi z falami spinowymi - magnonika - rozwija się szybko, do dalszych postępów niezbędne jest stworzenie nowych materiałów, wykorzystujących otwierane przez nią możliwości.

 

Poszukiwaniami optymalnego materiału do kontrolowania fali spinowej zajmie się dr Milińska i jej współpracownicy w ramach projektu, na który uzyskała finansowanie w ramach konkursu grantowego POWROTY Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

 

Naukowcy planują stworzyć tzw. kryształ magnoniczny - czyli materiał magnetyczny o przestrzennie, periodycznie zmieniających się właściwościach. Stworzone w warunkach laboratoryjnych kryształy, tzw. metamateriały, mogą mieć wyjątkowe właściwości, niewystępujące w przyrodzie; w praktyce stwarza to możliwość pośredniej manipulacji falami spinowymi.

 

"Jeżeli wzbudzę falę w jednorodnym materiale, to będzie się ona w nim rozchodziła z określoną częstotliwością i amplitudą" - tłumaczy dr Milińska. - "Jeśli jednak w tym samym materiale umieszczę barierę w postaci obszaru o zmienionych parametrach magnetycznych, to ta rozchodząca się fala będzie musiała ulec pewnej zmianie" - dodaje. Periodycznie zmieniające się właściwości materiału mają pozwolić naukowcom uzyskać kontrolę nad parametrami wzbudzanej w krysztale fali spinowej.

 

Badania skoncentrowane będą na trzech grupach materiałów. Pierwszą będą heterostruktury kobalt/platyna - czyli nałożone na siebie warstwy tych pierwiastków. "Taki układ będziemy następnie bombardować jonami" - opowiada dr Milińska. - "Za pomocą tego naświetlania chcemy stworzyć w materiale +paski+ lokalnie zmienionych parametrów magnetycznych. Ten właśnie magnetyczny wzór będzie modyfikować propagującą w nim falę spinową".

 

Materiały z drugiej grupy będą składały się z tych samych pierwiastków: kobaltu i platyny. Tym razem będą to jednak tzw. wielowarstwy - czyli kilkanaście lub kilkadziesiąt ultracienkich warstw, ułożonych jedna na drugiej. W wyniku różnego rodzaju oddziaływań w tych warstwach tworzy się tzw. paskowa struktura domenowa - czyli spontanicznie namagensowane obszary, w których występuje uporządkowanie momentów magnetycznych.

 

Prace naukowców dążą do uzyskania równoległego ułożenia pasków o namagnesowaniu wzajemnie prostopadłym. Taka struktura domenowa będzie mogła być łatwo zmieniona przez przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego, co znajdzie wyraz we właściwościach wzbudzonej w takim układzie fali spinowej.

 

Z kolei składnikami trzeciej grupy materiałów, którą będzie badać dr Milińska, będą kobalt oraz molibden: warstwa molibdenu będzie tutaj przedzielać dwie magnetyczne warstwy kobaltu. Za pomocą naświetlania naukowcy będą modulować oddziaływania właśnie pomiędzy warstwami magnetycznymi. "Jest to zupełnie coś innego, ponieważ w tym przypadku kryształ magnoniczny, który powstaje, jest objętościowy - oddziaływania będą odbywać się między całymi warstwami magnetycznymi" - mówi dr Milińska.

 

"Obecnie najczęściej bada się jedno- lub dwuwymiarowe kryształy uzyskane przez strukturyzację w płaszczyźnie. Natomiast, jeśli w takim trójwymiarowym krysztale wzbudzimy fale, to - według naszych przewidywań - powinny się one zachowywać inaczej. Jeśli udałoby się nam kontrolować takie zmiany w objętościowym krysztale magnonicznym, byłoby to coś zupełnie wyjątkowego, co do tej pory było tylko przewidywaniem teoretycznym" - podkreśla.

 

Dr Milińska chce również wykorzystać swoje badania do stworzenia sprawnego zespołu naukowego. „Dzięki finansowaniu z FNP mamy dobre warunki pracy w nowej dziedzinie fizyki, w magnonice" - stwierdza. W tym momencie zespół poszukuje osoby do pracy na stanowisku doktoranta. Projekt będzie realizowany w Instytucie Fizyki PAN we współpracy z prof. Andrzejem Wawro oraz grupami prof. Andrzeja Maziewskiego z Uniwersytetu w Białymstoku, prof. Macieja Krawczyka z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz dr Romana Bottgera z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

 

PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Florencka

 

kflo/ ekr/

Podziel się
Ocena: 0 głosów

Logowanie



Nie pamiętam hasła

Rejestracja

Komentarze: 2
Skomentuj Zobacz wszystkie   Dyskutuj na forum

Uwaga Redakcje!

Wszelkie materiały PAP (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone w serwisie "Nauka w Polsce" chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych.

 

PAP S.A. zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - www.naukawpolsce.pap.pl. W przypadku portali społecznościowych prosimy o umieszczenie jedynie tytułu i leadu naszej depeszy z linkiem prowadzącym do treści artykułu na naszej stronie, podobnie jak to jest na naszym profilu facebookowym. 

 

Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów video.

 

Informacje tekstowe z kategorii "Świat" można pozyskać odpłatnie abonując Serwis Nauka i Zdrowie PAP. Serwis ten zawiera ponadto wiele innych najnowszych doniesień naukowych z zagranicy oraz materiałów dotyczących szeroko rozumianej problematyki zdrowotnej. 

 

Informacje na temat warunków umowy można uzyskać w Dziale Sprzedaży i Obsługi Klienta PAP, tel.: (+48 22) 509 22 25, e-mail:  pap@pap.pl

 

Informacje o przedruku artykułów z Serwisu Nauka w Polsce, prośby o patronaty medialne, informacje o prowadzonych badaniach, organizowanych konferencjach itd., prosimy przesyłać na adres: naukawpolsce@pap.pl

 

 

Najpopularniejsze materiały

więcej

Książka

Czy Ziemia to komputer? „Głęboka myśl” ponownie w księgarniach Czy Ziemia to komputer? „Głęboka myśl” ponownie w księgarniach

Wznowienia doczekały się kultowe książki Douglasa Adamsa, w których opisuje on m.in. „Głęboką myśl” - maszynę, której nazwę koncern IBM nadał swemu komputerowi szachowemu - Deep Thought.

Więcej

Myśl na dziś

Wiedzę możemy zdobywać od innych, ale mądrości musimy nauczyć się sami.
Adam Mickiewicz

Nasz blog

Planetarne zoo Planetarne zoo

Ciemne jak smoła, lekkie jak styropian czy pokryte szafirowymi chmurami – takie bywają badane w ostatnim czasie pozasłoneczne planety. Niektóre z nich mogą się okazać bardzo przydatne dla nauki.

Więcej

Tagi