Наука4 нояб. 2026 г., 21:57 UTC·1 мин чтения

Магноны живут дольше, чем думали: шанс для спинтроники

Исследователи Paul Scherrer Institute выяснили, что магноны сохраняют энергию намного дольше, чем считалось. Это может помочь энергоэффективным вычислениям.

Illustration of magnetic spin waves travelling through a crystal lattice struck by a laser pulse. — Фото: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

Учёные из швейцарского Paul Scherrer Institute обнаружили, что магноны, то есть квантовые возбуждения спиновых волн, сохраняют энергию значительно дольше, чем предполагалось ранее. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Для спинтроники это перспективная новость: в будущем такая технология сможет обрабатывать информацию с гораздо меньшим энергопотреблением, чем традиционная электроника.

Почему спинтроника

Современные процессоры работают за счёт движения электрических зарядов по цепям. Но ток приводит к потерям энергии в виде тепла, а дальнейшее уменьшение транзисторов становится всё сложнее. Спинтроника использует не только заряд электронов, но и их спин — квантовое свойство, связанное с магнитным моментом. Когда спины движутся согласованно, возникают спиновые волны, а их квантовые возбуждения называют магнонами. Они способны переносить энергию и информацию без перемещения электронов.

Как проходил эксперимент

Исследователи взяли оксид меди — магнитный материал с сильным взаимодействием между магнетизмом и колебаниями атомов. На образец направили очень короткий и мощный лазерный импульс. Он возбудил электроны, изменил их спины и породил магноны; процесс занял фемтосекунды. Затем магнитные возбуждения взаимодействовали друг с другом, образуя более беспорядочную систему волн, и лишь потом передавали энергию колебаниям атомов кристаллической решётки — фононам.

Главное наблюдение связано с этим последним этапом: передача энергии от магнонов к фононам происходила лишь в масштабе наносекунд. Это заметно дольше, чем ожидали для материала с такими сильными магнитными и атомными взаимодействиями.

Для наблюдения использовали интенсивные рентгеновские импульсы лазера на свободных электронах и метод pump-probe. Команда объединила два известных рентгеновских метода с новым применением времяразрешённого резонансного рассеяния, что позволило отслеживать процессы в очень разных временных масштабах.

По мнению авторов, в долгой жизни магнонов важную роль играют различия в зависимостях энергии от импульса у магнонов и фононов: они ограничивают эффективность передачи энергии. Лучшее понимание механизма поможет создавать материалы с управляемым временем жизни магнонов — для энергоэффективных логических схем и спинтронных устройств.

Приложения, на которые стоит взглянуть

SUMO: числовая головоломка

Выбирайте нужные клетки, складывайте, достигайте цели. Легко понять, сложно освоить. Бесплатно, для любого возраста.

Dialo: учите языки, разговаривая

Общайтесь с ИИ-собеседником: каждая фраза возвращается исправленной и объяснённой на вашем языке. 9 языков, от A1 до C2.

ediviewer: читайте EDI-файлы как документы

Открывайте сообщения EDIFACT и X12, каждый сегмент объяснён, конвертация в JSON/XML, экспорт в PDF и Excel. Работает локально, без загрузки.

giftdetect: подходящий подарок за минуты

Выберите, кому, по какому поводу и с каким характером. Поисковик читает описания товаров местных магазинов и выводит то, что подходит. Бесплатно, без регистрации.

Теги:magnonsspintronicspaul scherrer institutenature communicationsenergy-efficient computing