Onderzoekers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, Kotelnikov Instituut voor Radio Engineering en Elektronica, en NG Chernyshevsky Saratov State University heeft aangetoond dat de koppelingselementen in magnonische logische circuits zo cruciaal zijn dat een slecht geselecteerde golfgeleider tot signaalverlies kan leiden. De natuurkundigen ontwikkelden een parametrisch model voor het voorspellen van de golfgeleiderconfiguratie dat signaalverlies voorkomt, bouwde een prototype golfgeleider, en testte het model in een experiment. Hun paper werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

Het onderliggende doel van het onderzoek naar magnonische logica is het creëren van alternatieve circuitelementen die compatibel zijn met de bestaande elektronica. Dit betekent het ontwikkelen van volledig nieuwe elementen, inclusief snellere signaalprocessors met een laag stroomverbruik, die in de hedendaagse elektronica zou kunnen worden ingebouwd.

Bij het ontwerpen van nieuwe apparaten, verschillende componenten zijn met elkaar geïntegreerd. Echter, magnonische circuits vertrouwen hiervoor op magnetische golfgeleiders in plaats van draden. Onderzoekers vermoedden eerder dat golfgeleiders een negatief effect zouden kunnen hebben op de signaalintensiteit bij transmissie van de ene component naar de andere.

De recente studie van de Russische natuurkundigen heeft aangetoond dat de golfgeleiders een groter effect hebben dan verwacht. In feite, het blijkt dat een slecht gekozen golfgeleidergeometrie kan leiden tot volledig signaalverlies. De reden hiervoor is spingolfinterferentie. Golfgeleiders zijn uiterst miniatuurcomponenten, het meten van honderdsten van een micrometer, en op deze schaal er moet rekening worden gehouden met de laterale kwantisering van het signaal.

De onderzoekers werkten aan een optimalisatieprobleem:hoe ontwerp je een golfgeleider voor magnonische circuits om maximale efficiëntie te garanderen? Het team ontwikkelde een theorie en een wiskundig model om golfvoortplanting in golfgeleiders van nanoformaat te beschrijven. Hiertoe, senior onderzoeker Dmitry Kalyabin van MIPT's Terahertz Spintronics Lab, pasten de eerdere resultaten van het team, ontwikkeld voor akoestische systemen, aan om golven te laten draaien.

Zijn collega's in Saratov creëerden vervolgens een prototype-apparaat en verifieerden de berekeningen van Kalyabin met behulp van een methode die bekend staat als Brillouin-spectroscopie. Deze techniek omvat het maken van een "snapshot" van de magnetisatieverdeling in een monster na blootstelling aan laserlicht. De op deze manier waargenomen verdeling kan vervolgens worden vergeleken met theoretische voorspellingen.

"In eerste instantie wilden we een model bouwen waarmee de doorvoerkarakteristieken van een golfgeleider kunnen worden berekend voordat deze daadwerkelijk werd gemaakt. Onze verwachting was dat het optimaliseren van de vorm van de golfgeleider de efficiëntie van de signaaloverdracht zou maximaliseren. Maar ons onderzoek onthulde dat de effecten van interferentie groter waren dan verwacht, met suboptimale parameters waardoor het signaal soms volledig verloren gaat, " zei Sergej Nikitov, het hoofd van het Terahertz Spintronics Lab en een corresponderend lid van de Russische Academie van Wetenschappen.

Hoewel de auteurs van het artikel het voorbeeld van een taps toelopende smalle ferromagnetische golfgeleider gebruikten om te demonstreren hoe hun model werkt, het is van toepassing op het hele scala van momenteel gebruikte golfgeleidertypes.