Открыт новый физический эффект, способный повлиять на развитие связи 6G
Коллектив исследователей из Университета Кайзерслаутерн-Ландау (RPTU) продемонстрировал новый физический эффект, который может оказать влияние на развитие систем связи будущего, включая перспективный стандарт 6G. Учёным удалось достичь сильной связи между миниатюрными звуковыми и спиновыми волнами в специальном материале — железо-иттриевом гранате, что привело к формированию гибридных волн в гигагерцевом диапазоне.
Это открытие указывает на возможный путь создания гибких и перестраиваемых фильтров для обработки сигналов. Акустические фильтры, используемые сегодня, например, в смартфонах для разделения сигналов мобильных сетей, Wi-Fi и GPS, основаны на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Исследовательская группа под руководством профессора Матиаса Вайлера работает над интеграцией этой проверенной технологии с физикой спинов.
Профессор Вайлер пояснил, что звуковые волны могут распространяться не только в воздухе, но и в веществе, заставляя колебаться атомы кристаллической решётки материала. Электроны этих атомов обладают квантовым спином, который также реагирует на вибрации. В магнитоупорядоченных материалах это взаимодействие позволяет звуковым волнам генерировать спиновые волны. Для экспериментов был выбран железо-иттриевый гранат — ферримагнитный изолятор, известный своим длительным временем жизни спиновых волн, что делает его идеальным для наблюдения за микроскопическими взаимодействиями.
Эксперименты показали, что в наноструктурированном акустическом резонаторе система генерировала гибридные возбуждения, называемые магнонными поляронами. Кевин Кюнстле, первый автор статьи, отметил, что квантовомеханическая связь спина и звука приводит к формированию новой химерной волны, которая не является ни чисто звуковой, ни спиновой. В этом возбуждении спин и звук больше не могут быть разделены и сосуществуют. Исследователи обнаружили, что гибридная волна периодически осциллирует между звуковым и спиновым состояниями с частотой, превышающей все скорости потерь в системе, что является явным свидетельством режима сильной связи. Теоретическая модель, разработанная совместно с группой профессора Акашдипа Камры, подтвердила экспериментальные данные.
По словам учёных, этот результат объединяет две основные технологии СВЧ-диапазона. Профессор Вайлер заявил, что гибридные спиново-звуковые возбуждения сочетают в себе два столпа микроволновой техники: акустические фильтры и ферримагнитные изоляторы. Такой подход может позволить создавать частотные фильтры, способные адаптироваться и перенастраиваться непосредственно в процессе работы. Эта способность крайне важна для будущих архитектур связи 6G, которые будут зависеть от гибкого и отзывчивого управления сигналами.
Исследование было в журнале Nature Communications.