В прорывном достижении для спинтроники и электронной микроскопии исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США впервые получили наноразмерное изображение спиновых волн в реальном времени. В исследовании, опубликованном в журнале *Nature Materials* 27 января 2025 года, подробно описан новый метод, сочетающий электронную микроскопию с микроволновой технологией для наблюдения за поведением спиновых волн с беспрецедентным пространственным и временным разрешением.
«Наша установка для визуализации поистине инновационна, она позволяет нам напрямую наблюдать за поведением спиновых волн с беспрецедентно высоким пространственным и временным разрешением», — сказал Чуханг Лю, ведущий автор и аспирант Университета Стоуни-Брук. Этот прогресс решает важную задачу в магнитонике, подразделе спинтроники, который требует эффективной визуализации спиновых волн в наномасштабе для продвижения энергоэффективной микроэлектроники и технологий обработки информации.
Команда создала и стабилизировала уникальную топологическую магнитную структуру в тонких пленках пермаллоя, возбуждая спины с помощью радиочастотных сигналов. Это позволило им наблюдать генерацию, распространение, отражение и интерференцию спиновых волн, показывая, что эти волны предпочтительно образуются в антивихрях и связаны с колебательным движением определенных доменных стенок. Эти знания имеют решающее значение для понимания энергоэффективной обработки сигналов.
Это достижение основано на двадцатилетней истории Брукхейвена в области визуализации спиновых структур с использованием первого в США специализированного просвечивающего электронного микроскопа Лоренца (LTEM). Интеграция сверхбыстрого электронного импульсного устройства с микроволновой частотой, первоначально разработанного в партнерстве с Euclid Techlabs, LLC, позволила зафиксировать динамику спиновых волн со скоростью пикосекунд. «Наша работа открывает новую границу в электронной микроскопии, предлагая беспрецедентный наноразмерный вид динамики магнонов», — сказал физик Брукхейвена Имей Чжу.
Эта разработка особенно важна для нейроморфных вычислений, целью которых является воспроизведение энергоэффективности и возможностей параллельной обработки человеческого мозга. Метод электрического запуска, используемый в этом исследовании, отражает передачу сигналов на основе электрических импульсов, обнаруженную в биологических синапсах, что делает его важным для имитации поведения нейронных сетей в искусственных системах. Это исследование устраняет разрыв между фундаментальными исследованиями и практическими приложениями в беспроводных технологиях и квантовых вычислениях.