Una visione per il futuro dell’informatica prevede l’utilizzo delle increspature nei campi magnetici – chiamate magnoni – come meccanismo di base. In questa applicazione, i magnoni sarebbero paragonabili all’elettricità come base per l’elettronica.
Illustrazione della struttura cristallina della lega di ittrio, con la linea rossa a sinistra che rappresenta l’impulso laser e le linee blu e verde a destra che rappresentano i due tipi di magnoni creati. Credito immagine: Edoardo Baldini/Università del Texas ad Austin
Nelle tecnologie digitali convenzionali, si prevede che tali sistemi magnonici saranno molto più veloci delle tecnologie odierne, dai laptop e smartphone alle telecomunicazioni. Nell’informatica quantistica, i vantaggi della magnonica potrebbero includere non solo velocità più elevate ma anche dispositivi più stabili.
Uno studio recente nella rivista Nature Physics riporta una scoperta in fase iniziale lungo il percorso verso lo sviluppo di computer magnonici. I ricercatori hanno causato due distinti tipi di increspature nel campo magnetico di una sottile lastra di lega, hanno misurato i risultati e hanno dimostrato che i magnoni interagivano in modo non lineare. “Non lineare” si riferisce all’output che non è direttamente proporzionale all’input, una necessità per qualsiasi tipo di applicazione informatica.
Ad oggi, la maggior parte della ricerca in quest’area si è concentrata su un tipo di magnon alla volta, in condizioni relativamente stabili descritte come equilibrio. La manipolazione dei magnoni, come fatto in questi studi, spinge il sistema fuori equilibrio.
Questa è una delle tante indagini in corso attraverso una collaborazione pluriennale tra teorici e sperimentali provenienti da molteplici campi della scienza e dell’ingegneria, tra cui un secondo studio recentemente apparso su Nature Physics. Il progetto, sostenuto da enti governativi e privati, riunisce ricercatori dell’UCLA, del MIT, dell’Università del Texas ad Austin e dell’Università di Tokyo in Giappone.
“Con i nostri colleghi, abbiamo avviato quella che definirei una campagna per stimolare il progresso nella fisica del non equilibrio”, ha affermato Prineha Narang, coautore dello studio e professore di scienze fisiche all’Università di Cambridge. Collegio dell’UCLA. “Ciò che abbiamo fatto qui fa avanzare fondamentalmente la comprensione del non equilibrio e dei fenomeni non lineari. E potrebbe essere un passo verso la memoria dei computer che utilizza fenomeni ultraveloci che accadono nell’ordine dei miliardesimi di secondo”.
Una tecnologia chiave alla base di questi risultati è una tecnica avanzata per aggiungere energia e valutare i campioni utilizzando laser con frequenze nella gamma dei terahertz, che si trova tra le lunghezze d’onda delle microonde e della radiazione infrarossa. Adottato dalla chimica e dall’imaging medico, il metodo viene applicato solo raramente per studiare i campi magnetici.
Secondo Narang, che è un membro del California NanoSystems Institute presso l’UCLA, l’uso dei laser terahertz suggerisce una potenziale sinergia con una tecnologia sempre più matura.
“La stessa tecnologia Terahertz ha raggiunto il punto in cui possiamo parlare di una seconda tecnologia che si basa su di essa”, ha affermato. “Ha senso realizzare questo tipo di controllo non lineare in una banda in cui disponiamo di laser e rilevatori che possono essere inseriti su un chip. Ora è il momento di andare davvero avanti perché disponiamo sia della tecnologia che di un quadro teorico interessante per esaminare le interazioni tra i magnoni».
I ricercatori hanno applicato impulsi laser a una piastra spessa 2 millimetri realizzata con una lega accuratamente scelta contenente ittrio, un metallo presente nei LED e nella tecnologia radar. In alcuni esperimenti, un secondo laser terahertz è stato utilizzato in modo coordinato che paradossalmente aggiungeva energia ma aiutava a stabilizzare i campioni.
Un campo magnetico è stato applicato all’ittrio in un modo specifico che ha consentito solo due tipi di magnon. I ricercatori sono stati in grado di guidare individualmente entrambi i tipi di magnon o entrambi allo stesso tempo ruotando il campione di determinati angoli rispetto ai laser. Sono stati in grado di misurare le interazioni tra i due tipi e hanno scoperto che potrebbero causare risposte non lineari.
“Dimostrare chiaramente questa interazione non lineare sarebbe importante per qualsiasi tipo di applicazione basata sull’elaborazione del segnale”, ha affermato il coautore Jonathan Curtis, ricercatore post-dottorato dell’UCLA. NarangLab. “Il mixaggio di segnali come questo potrebbe consentirci di effettuare conversioni tra diversi ingressi e uscite magnetici, che è ciò di cui hai bisogno per un dispositivo che si basa sulla manipolazione magnetica delle informazioni.”
Narang ha affermato che i tirocinanti sono vitali per lo studio attuale, così come per il progetto più ampio.
“Si tratta di uno sforzo davvero difficile, pluriennale con molti pezzi”, ha detto. “Qual è il sistema giusto e come possiamo lavorarci? Come pensiamo di fare previsioni? Come limitiamo il sistema affinché si comporti come vogliamo? Non saremmo in grado di farlo senza studenti e dottorandi di talento”.
Lo studio comprende il professore di chimica del MIT Keith Nelson e il professore di fisica dell’UT Austin Edoardo Baldini, insieme al team dell’UCLA guidato da Narang, che è stato supportato dal Quantum Science Center, un centro nazionale di ricerca sulla scienza dell’informazione quantistica del Dipartimento di energia con sede presso l’Oak Ridge National Laboratory. .
Lo studio è stato sostenuto principalmente dal Dipartimento dell’Energia, dalla Fondazione Alexander von Humboldt, dalla Fondazione Gordon e Betty Moore, dalla Fondazione John Simon Guggenheim Memorial e dalla Società giapponese per la promozione della scienza, che forniscono tutti un supporto continuo allo studio. collaborazione.
Fonte: UCLA
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