Исследователи разработали устройство (фазовращатель), позволяющее управлять фазовыми характеристиками СВЧ-сигнала и действующее на принципах магноники – актуального сегодня раздела физики, который может быть использован при создании нового класса более энергоэффективных и быстродействующих видов вычислительных устройств. Фазовращатель в перспективе может использоваться в качестве компонента радиолокационных систем с высоким быстродействием.

Подавляющее большинство современных систем для обработки и передачи данных работает на электричестве. Тем не менее в последние десятилетия электроника приблизилась к пределу своих возможностей по целому ряду ключевых характеристик, среди которых быстродействие, легкость и компактность.

Одна из задач современной электроники – создать новые физические принципы, технологии и класс материалов и устройств. Одним из научных направлений для осуществления такого технологического перехода может стать магноника – относительно новый раздел электроники, изучающий свойства спиновых волн, которые возникают в магнитных материалах – в железе, кобальте, никеле, некоторых сплавах и соединениях марганца и т.д. Квазичастицами этих волн являются магноны (по аналогии с электромагнитными волнами, частицами которых являются фотоны). Однако использование принципов магноники в устройствах для обработки информации требует создания соответствующего теоретического обоснования и физической компонентной базы.

«Мы разработали фазовращатель на магнонных принципах. Данное устройство позволяет управлять одним из важнейших характеристик радиолокационных антенн – фазами волн. При этом наш фазовращатель делает это гораздо быстрее существующих аналогов (порядка наносекунд). Устройство получилось миниатюрным за счет использования магнитного пленочного волновода», – рассказывает профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Устинов.

Наведенный нелинейный сдвиг фазы исследовался в волноводе из магнитного материала – из специальной пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), благодаря физическим свойствам которой в будущем планируется достичь высокой энергоэффективности. Ученые также описали базовую конструкцию устройства и методику его применения.

Результаты работы опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.

«Наблюдаемое явление в будущем открывает путь к разработке различных типов нелинейных магнонных логических схем, которые могут лечь в основу вычислительных устройств на принципах магноники – резервуарных компьютеров. Использование разработанных фазовращателей также может повысить быстродействие, например, существующих фазированных антенных решеток, которые применяются в современных радиолокационных системах», – добавляет Алексей Устинов.

Разработка методологии, компонентной базы и прототипов устройств на новых физических принципах в ЛЭТИ проводится в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации.

Недавно в рамках этой работы сотрудники лаборатории выступили участниками фундаментального научного обзора о результатах и перспективах развития на ближайшее десятилетие магноники – актуального сегодня раздела физики, который может быть использован при создании более энергоэффективных и быстродействующих видов вычислительных устройств.