Sciencemag.cz
Doporučujeme
Magnony se představě poněkud vzpírají, ale budeme si na ně muset možná zvyknout, protože se může jednat o základ budoucí elektroniky – ve fázi, která bude následovat po spintronice.
Tiskové zpráva Polské akademie věd vysvětluje magnoniku nám laikům následujícím způsobem. To, co zde nese informaci, není jediná částice, ale kolektivní excitace částic (kvazičástice, vlna…). Dejme tomu, že se nacházíme na fotbalovém stadionu. Informace nesená elektrickým nábojem by odpovídala tomu, že prostě počítáme diváky. Informace nesená spinem znamená, že rozlišujeme/počítáme zvlášť lidi se světlými vlasy a ty tmavovlasé – to pak mj. i ukazuje, že pomocí spinu elektronu dokážeme informaci ukládat hustěji než pomocí jeho náboje. Magnonika znamená, že informaci nenesou jednotliví diváci, ale „mexická vlna“, proteče celým stadionem, aniž se jediná částice – divák – posune. (Definice podle anglické Wikipedie: magnon je kvazičástice, kolektivní excitace struktury spinů elektronů v krystalické mřížce. Kvantovaná spinová vlna. Magnon má spin -1 a jde tedy o (pseudo)boson. Poznámka PH: problém přirovnání s mexickou vlnou je ovšem v tom, že ta informaci neukládá zrovna hustě.)
Nový výzkum vědců z Ústavu jaderné fyziky Polské akademie věd v Krakově se zabývá otázkou, jak tok magnonových vln příslušnými materiály (magnonickými krystaly) vůbec simulovat/modelovat. Pod magnonickými krystaly se myslí tenké vícevrstvé kovové struktury, v nichž je řada kulových děr, různě velkých a různě vzdálených od sebe. Čím složitější je taková struktura, tím zajímavější má vlastnosti, tím obtížnější je ale vůbec dokázat výsledné chování předpovědět/simulovat/matematicky popsat.
Krakovští fyzikové vyrábějí magnonické krystaly postupem s řadou kroků. Nejprve se polystyrénové částice nanesou na nemagnetický substrát typu křemíku, kde se zformují do podoby kuliček. Průměr těchto kuliček lze pak na požadované rozměry zmenšit působením plazmatu ve vakuové komoře. Na takto upravený vzorek se pak jedna po druhé nanášejí vrstvy různých kovů. Poté se materiál promyje organickými rozpouštědly, čímž se polymerové částice rozpustí a ve struktuře kovů po nich zůstanou kruhové otvory. Vědci takto studovali třeba struktury obsahující 20 střídajících se vrstev kobaltu a palladia o celkové tloušťce pouhých 12 nm (což odpovídá asi 120 atomům, tj. asi 6 atomů na vrstvu).
Jak ukazuje obrázek, mezi jednotlivými otvory se vytvářejí oblasti se stejnou magnetizací (zeleně), tzv. magnetické bubliny. Právě ty pak mají sloužit k ukládání informací a změny v jejich magnetizaci vyvolají šíření magnonových vln napříč systémem. Po složitém modelování autoři výzkumu předpověděli existenci dosud nepozorovaného jevu. Když jsou dvě sousední bubliny zmagnetizovány obráceně, magnetické momenty atomů mezi nimi se natočí buď rovnoběžně s vrstvou, nebo kolmo na ni. Mezi bublinami tak vzniknou „magnetické stěny“, rovnoběžná Blochova zeď nebo kolmá Néelova zeď. Až dosud se předpokládalo, že v jednom krystalu se mohou vyskytovat pouze magnetické stěny jednoho typu, prý ale oba typy mohou existovat i vedle sebe.
Procesor pracující na těchto principech se v nejbližší době sestrojit určitě nepodaří, snad blíže realitě jsou magnonové paměti nebo na tomto principu pracující senzory. Éra magnoniky každopádně teprve začíná, takže snad budeme (PH: opět míněno – my laici) mít čas si na popsané krajně exoticky působící jevy zvyknout.
Michal Krupinski et al, Magnetic reversal in perpendicularly magnetized antidot arrays with intrinsic and extrinsic defects, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-49869-5
Zdroj: Polská akademie věd/Phys.org
