يطلق الباحثون موجات دوران ضخمة باستخدام نبضات الليزر

موجات الدوران هي تذبذبات جماعية للعزوم المغناطيسية (السبينات) في المواد المغناطيسية. لديهم تردد عالٍ وسرعة جماعية عالية ولا تنبعث منهم حرارة أثناء الانتشار. وتعتبر مثل هذه الموجات بديلاً واعداً للتيار الكهربائي في معالجة المعلومات وتخزينها ونقلها. “لقد تمت مناقشة موجات الدوران منذ فترة طويلة كوسيلة واعدة لنقل ومعالجة المعلومات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنها عندما تنتشر، فإنها لا تنبعث منها حرارة، وفي الوقت نفسه تكون لها سرعة عالية ومفهومة تمامًا للوصف، بما في ذلك العمليات المنطقية. وقال ستانيسلاف كولار، موظف في مختبر: “لقد تم تحفيز موجات الدوران السائبة المباشرة في السابق فقط بمساعدة هوائيات عالية التردد، ونحن بدورنا قررنا دراسة إثارةها باستخدام نبضات الليزر – وهو بديل واعد”. فيزياء الهياكل المغناطيسية المتغايرة والإلكترونيات السبينية لتقنيات المعلومات الموفرة للطاقة في MIPT. تأتي موجات الدوران في عدة أنواع: سطحية وضخمة. يمكن أن تكون موجات الدوران السائبة للأمام والخلف اعتمادًا على اتجاه المجموعة وسرعات الطور. إن موجات الدوران السائبة المباشرة هي التي تحظى بأكبر قدر من الاهتمام، لأنها تنتشر بالتساوي في جميع اتجاهات الأغشية الرقيقة. تتيح هذه الميزة إنشاء دوائر منطقية مدمجة ثنائية الأبعاد بدون الاتجاهات “المفضلة”. حتى الآن، كان الإثارة البصرية لمثل هذه الموجات مهمة صعبة للغاية. في حالة حدوث الإشعاع الطبيعي، لا يُنشئ المجال المغناطيسي الفعال عزمًا (عزم الدوران)، وهذا هو السبب وراء عدم إثارة الموجة ببساطة. في زوايا الإصابة الصغيرة، من المستحيل اكتشاف التقلبات في المغنطة (العزم المغناطيسي الإجمالي للمادة). قام الباحثون بحل المشكلة عن طريق توجيه شعاعي الليزر – الإثارة والقراءة – بزاوية مائلة كبيرة على السطح (70 درجة، و60 درجة، على التوالي). يتم تحفيز الموجة بواسطة تأثير فاراداي العكسي: الضوء المستقطب يخلق مجالًا مغناطيسيًا يؤدي إلى موجة دورانية. يتم الكشف عن الموجة من خلال تأثير فاراداي المباشر: تؤدي تذبذبات السبينات إلى دوران استقطاب الإشعاع المار، مما يجعل من الممكن “رؤية” الموجة. “تبين أن أكبر الصعوبات كانت تجريبية، لأنه في زوايا الإصابة الكبيرة يكون من الصعب التحكم في أشعة الليزر وتفاعلها مع العينة. علاوة على ذلك، فإن التنفيذ التجريبي معقد إلى حد كبير بسبب هذا التكوين للمجال المغناطيسي واتجاه الليزر. لكننا تمكنا من حل جميع المشاكل”، كما أشار ألكسندر تشيرنوف، رئيس مختبر فيزياء الهياكل المغناطيسية والإلكترونيات الدورانية لتقنيات المعلومات الموفرة للطاقة في MIPT. أظهر فيزيائيون من MIPT والمركز العلمي الروسي لأول مرة أنه من الممكن إثارة وتسجيل موجات الدوران الحجمية المباشرة باستخدام نبضات الليزر. انتشرت الموجات الناتجة على مسافة تزيد عن 100 ميكرومتر في فيلم عقيق حديد الإيتريوم البزموت (Bi: YIG) بطول 42 ميكرومتر. كان الطول الموجي 150-170 ميكرومتر. وقام الباحثون أيضًا بقياس السرعات: سرعة المجموعة، وتبين أنها 22 كيلومترًا في الثانية، وسرعة المرحلة – 230 كيلومترًا في الثانية (القيم النظرية – 54 كيلومترًا في الثانية، و334 كيلومترًا في الثانية). يتم تفسير هذا التناقض من خلال طبيعة الإثارة المتعددة الأوضاع: حيث يقوم الليزر بإثارة مجموعة من الأوضاع في وقت واحد، وليس واحدًا فقط. تم نشر المقال في مجلة Annalen der Physik. تم تنفيذ العمل بدعم من مؤسسة العلوم الروسية. ولا تعتمد الطريقة الجديدة على سمك الفيلم، بل إنها قابلة للتطبيق حتى على طبقات النانومتر. الميزة الرئيسية هي القدرة على تغيير معلمات الموجة مباشرة أثناء التجربة. أكد ألكسندر تشيرنوف: “تتيح لك طريقة الإثارة البصرية الخاصة بنا تغيير المعلمات بسرعة، أثناء التجربة: على سبيل المثال، يمكن تغيير تردد الإثارة من خلال قوة المجال المغناطيسي، ويمكن التحكم في طيف موجات الدوران المثارة من خلال حجم شعاع الليزر، وما إلى ذلك. وهذا يسمح لك باستكشاف الأنظمة بشكل أكثر فعالية، وتغيير واختيار المعلمات أثناء الطيران”. يرى المؤلفون الأهمية العملية لهذا البحث في مواصلة تطوير الإلكترونيات السبينية وعلم البصريات الضوئية: من البحث الأساسي إلى دوائر المغنطيسية الضوئية المنطقية الحقيقية.