Oscylacje nanoskalowe w nowych zastosowaniach
Oscylatory momentu obrotowego (STO) to nowatorskie nanoskalowe urządzenia oscylacyjne oparte na spintronice i okresowym przełączaniu magnetyzacji. Ich mała skala i wysoki stopień przestrajalności czynią je atrakcyjnymi w wielu zastosowaniach, także niekonwencjonalnych. Jednak mechanizmy ich działania wciąż jeszcze nie są w pełni rozumiane, a warunkiem wstępnym eksploatacji jest ich wyjaśnienie. Naukowcy wspierani ze środków UE zainicjowali projekt "Spin torque oscillators with applications in non digital computing science and communications" (SPINTORQOSC), aby pogłębić wiedzę i usprawnić proces wdrażania inspirowanych procesami biologicznymi systemów obliczeniowych w nanostrukturach. Skupiono się przede wszystkim na wzbudzaniu fali spinowej w cienkich warstwach ferromagnetycznych, zjawisku stosowanym w przetwarzaniu informacji nowego typu. Zespół przystąpił do wdrażania obliczania czoła fali przy użyciu fal spinowych analogicznie do obliczeń wykonywanych przez mózg z użyciem periodycznej, elektrycznej aktywności oscylacyjnej. Fale spinowe lub magnony to elementarne zbiorcze wzbudzenia spinów, w których spin jest pędem kątowym wrodzonym dla wszystkich cząstek elementarnych. W STO utrzymywana jest bardzo duża wartość oscylacji magnetyzacyjnych. Prace teoretyczne doprowadziły do osiągnięcia pierwszego celu oraz publikacji modelu wdrożenia obliczeń inspirowanych procesami biologicznymi z czołami fali w nanostrukturach. Naukowcy zaproponowali koncepcję uwzględniającą cienkie warstwy ferromagnetyczne, w których rozchodzą się fale spinowe, oraz nanostyki (STO), które pozwalają łączyć warstwy i wzbudzać dynamikę magnetyzacji. W ten sposób STO tworzą wzorce fal spinowych, a jednocześnie wykrywają nadchodzące fale spinowe. W wyniku prac eksperymentalnych wyprodukowano urządzenia STO na cienkich warstwach ferromagnetycznych i zademonstrowano aktywność występujących w nich fal spinowych mierzoną elektrycznie. Zespół zbadał także różne metody obrazowania i kontrolowania fal spinowych, w tym wykorzystanie dwóch różnych synchrotronów i użycie półprzewodników organicznych. Sprzężenie między cienkimi warstwami magnetycznymi a półprzewodnikami organicznymi doprowadziło do odkrycia nowego efektu, transdukcji sygnału magnetycznego na sygnał optyczny poprzez elektroluminescencję w półprzewodniku organicznym. Pozostałe prace skupiły się na magnesach jednocząsteczkowych i produkcji licznych urządzeń STO. Wyniki projektu SPINTORQOSC opublikowano w formie licznych artykułów naukowych w prestiżowych czasopismach branżowych. Za sprawą teorii i eksperymentów naukowcy pogłębili wiedzę na temat STO oraz ich mechanizmów i sposobów kontroli. Wkrótce zostaną one wykorzystane w nowatorskich urządzeniach.
Słowa kluczowe
Magnetyzacja, oscylatory momentu obrotowego, informatyka, fala spinowa, cienkie warstwy ferromagnetyczne
