Ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, Istituto Kotelnikov di ingegneria radiofonica ed elettronica, e N.G. La Chernyshevsky Saratov State University ha dimostrato che gli elementi di accoppiamento nei circuiti logici magnonici sono così cruciali che una guida d'onda mal selezionata può portare alla perdita di segnale. I fisici hanno sviluppato un modello parametrico per prevedere la configurazione della guida d'onda che evita la perdita di segnale, costruito un prototipo di guida d'onda, e testato il modello in un esperimento. Il loro articolo è stato pubblicato nel Rivista di fisica applicata .

L'obiettivo alla base della ricerca sulla logica magnonica è creare elementi circuitali alternativi compatibili con l'elettronica esistente. Questo significa sviluppare elementi completamente nuovi, compresi processori di segnale più veloci con basso consumo energetico, che potrebbe essere incorporato nell'elettronica di oggi.

Nella progettazione di nuovi dispositivi, i vari componenti sono integrati tra loro. Però, i circuiti magnonici si basano su guide d'onda magnetiche piuttosto che su fili per questo. In precedenza, i ricercatori avevano ipotizzato che le guide d'onda potessero avere un effetto negativo sull'intensità del segnale nella trasmissione da un componente all'altro.

Il recente studio dei fisici russi ha dimostrato che le guide d'onda hanno un effetto maggiore del previsto. Infatti, si scopre che una geometria della guida d'onda scelta male può comportare una completa perdita di segnale. La ragione di ciò è l'interferenza dell'onda di spin. Le guide d'onda sono componenti estremamente miniaturizzati, misurare i centesimi di micrometro, e su questa scala, si deve tener conto della quantizzazione laterale del segnale.

I ricercatori hanno lavorato su un problema di ottimizzazione:come si progetta una guida d'onda per circuiti magnonici per garantire la massima efficienza? Il team ha sviluppato una teoria e un modello matematico per descrivere la propagazione delle onde in guide d'onda nanometriche. A tal fine, ricercatore senior Dmitry Kalyabin del Terahertz Spintronics Lab del MIPT, ha adattato i risultati precedenti del team sviluppati per i sistemi acustici per far ruotare le onde.

I suoi colleghi a Saratov hanno quindi creato un prototipo di dispositivo e verificato i calcoli di Kalyabin utilizzando un metodo noto come spettroscopia di Brillouin. Questa tecnica prevede l'esecuzione di una "istantanea" della distribuzione della magnetizzazione in un campione dopo la sua esposizione alla luce laser. La distribuzione così osservata può quindi essere confrontata con le previsioni teoriche.

"Inizialmente miravamo a costruire un modello che consentisse di calcolare le caratteristiche di throughput di una guida d'onda prima che fosse effettivamente realizzata. La nostra aspettativa era che l'ottimizzazione della forma della guida d'onda avrebbe massimizzato l'efficienza di trasmissione del segnale. Ma la nostra ricerca ha rivelato che gli effetti dell'interferenza sono maggiori del previsto, con parametri non ottimali a volte rendendo il segnale completamente perso, " ha detto Sergey Nikitov, il capo del Terahertz Spintronics Lab e un membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa.

Sebbene gli autori dell'articolo abbiano usato l'esempio di una guida d'onda ferromagnetica stretta e affusolata per dimostrare come funziona il loro modello, è applicabile all'intera gamma di tipi di guida d'onda attualmente utilizzati.