Сотрудники физического факультета МГУ разработали инновационный метод управления симметрией кристаллов сульфида кадмия (CdS) с помощью терагерцового излучения. Это открытие дает возможность создавать энергоэффективные устройства хранения данных с рекордной скоростью работы. Исследования проводились при поддержке гранта РНФ 20-19-00148.
Магнитная стрейнтроника: шаг за пределы электроники
Современные технологии сталкиваются с ограничениями в скорости и энергопотреблении. В качестве альтернативы ученые рассматривают магнитную стрейнтронику, где объединены пьезоэлектрик и магнитный материал. Электрический импульс вызывает деформацию пьезоэлектрика, передающуюся магнитному слою, что приводит к переориентации доменов — микроскопических областей намагниченности. Такая система обеспечивает запись данных с затратами энергии всего 1 аДж (10⁻¹⁸ Дж) и высокой устойчивостью к помехам.
Терагерцовое излучение вместо механических контактов
Главное препятствие для развития технологии — низкая скорость передачи из-за механического контакта между материалами. Физики МГУ предложили революционное решение: заменить пьезоэлектрик импульсами терагерцового излучения. Это позволяет избежать физического взаимодействия и увеличить скорость обработки информации до пикосекундных интервалов.
Секрет эффективности — в резонансных частотах
Терагерцовый диапазон совпадает с частотой атомных колебаний вещества, что дает возможность управлять анизотропией магнитных кристаллов. Короткие импульсы излучения нарушают симметрию структуры, вызывая сдвиги атомов без риска повреждения материала. Эксперименты с сульфидом кадмия подтвердили, что такой подход позволяет контролировать магнитные свойства с беспрецедентной точностью.
Будущее энергоэффективных технологий
Использование CdS в качестве модельного кристалла открывает путь к созданию памяти нового поколения. Технология сочетает минимальное энергопотребление, высокую скорость и надежность, предлагая решения для искусственного интеллекта, квантовых вычислений и интернета вещей. Работа ученых МГУ стала важным шагом к переходу на принципиально новый уровень обработки данных.
Инновационный подход к изучению кристаллических структур
Для отслеживания изменений симметрии решётки исследователи разработали оптический метод, объединяющий импульсную накачку и генерацию высокочастотных гармоник. Интересно, что кристаллы сульфида кадмия изначально обладают центральной симметрией, что блокирует образование гармоник чётного порядка — второй, четвёртой и других. Однако при деформации кристаллической структуры запрет снимается, и сигналы чётных гармоник начинают передавать уникальные данные о динамике материала.
Этапы эксперимента и спектрохронография
Эксперимент включал два ключевых этапа: сначала мощный терагерцовый импульс создавал локальную асимметрию в кристалле. Затем оптический импульс запускал генерацию гармоник, чьи характеристики фиксировались спектрометром. Изменяя интервал между импульсами, учёные смогли восстановить временную динамику изменений симметрии. Этот метод, названный спектрохронографией, открывает новые возможности для анализа сверхбыстрых процессов в материалах.
Прорывные результаты и уникальные механизмы
В ходе работы впервые удалось достичь рекордной эффективности генерации гармоник в кристаллах CdS — показатели выросли в десять раз по сравнению с предыдущими опытами. Особый интерес вызвало поведение гармоник: вторая гармоника формировалась в зоне прозрачности материала, а четвёртая — в области поглощения. Это привело к разделению механизмов генерации: если в первом случае процесс охватывал объём кристалла, то во втором — происходил в поверхностном слое. Подобное явление наблюдалось впервые и демонстрирует перспективность метода.
Перспективы для технологий будущего
«Наше исследование объединило атомную физику, физику твёрдого тела и лазерные технологии, — поделился профессор Фёдор Потёмкин. — Комбинируя терагерцовое и инфракрасное излучение, мы научились влиять на материалы на разных уровнях: через электронные осцилляции, дрейф зарядов и резонансные колебания атомов. Это открывает путь к созданию сверхбыстрой магнитной памяти с оптимизированными параметрами. Уже сейчас ясно, что мультиспектральное воздействие позволит управлять материалами с беспрецедентной точностью, приближая нас к новому этапу развития информационных технологий».
Источник фото: ru.123rf.com
Новые горизонты в технологиях хранения данных
Современные разработки в области физики открывают удивительные возможности для совершенствования цифровой инфраструктуры! Учёные предлагают инновационные методы, которые способны в разы увеличить скорость обработки и передачи информации. Это не только упростит работу с большими массивами данных, но и сделает технологии будущего ещё более доступными и эффективными.
Перспективы для науки и повседневной жизни
Внедрение передовых решений обещает революционные изменения: от ускорения облачных вычислений до создания сверхбыстрых коммуникационных систем. Такие прорывы вдохновляют на новые исследования и укрепляют веру в безграничный потенциал человеческого гения. Остаётся лишь с нетерпением ждать, как эти открытия преображут наш мир уже в ближайшие годы!
