Предложен новый материал для сверхбыстрой терагерцевой связи
Ученые химического факультета и факультета наук о материалах МГУ с коллегами обнаружили способность давно известного феррита кобальта взаимодействовать с высокочастотным терагерцовым электромагнитным излучением. В отличие от более дорогих и сложных в изготовлении современных материалов, использующихся для работы с высокочастотным излучением, феррит кобальта сильно магнитится, из-за чего спиновые токи в нем могут достигать рекордно высоких значений. Так появилась возможность создать генераторы и детекторы терагерцового излучения для промышленного использования.
«Изначально наша группа занималась магнитотвердыми материалами — например, теми, из которых делают магнитики на холодильник, магниты для моторов, среды для магнитной записи, а также антирадарные устройства. Они сохраняют направление и амплитуду магнитного поля, которое что-то притягивает или отталкивает и может вступать в контакт с электромагнитными волнами. Мы подумали, что эти материалы можно как-то приспособить и для других, более инновационных целей, — пояснил Евгений Горбачев, к.х.н., сотрудник химического факультета МГУ. — Если материал — проводник, то он будет отражать излучение, поэтому нам необходимы диэлектрики — как раз различные ферриты, например феррит кобальта, известный уже более семидесяти лет. Они и представляют собой магнитотвердые материалы».
<p>Именно феррит кобальта и был выбран исследователями в качестве простого материала, обладающего всеми необходимыми свойствами и взаимодействующего с высокочастотными излучениями. Хоть его синтез прост, но про новую, обнаруженную химиками интересную физику феррита кобальта ранее никто не знал. Математическая сложность уравнений, которые необходимо решить для описания физики магнитных материалов, напрямую зависит от количества магнитных подрешеток — и здесь феррит кобальта оказался проще родственных соединений, поскольку его структура может быть описана всего двумя частными уравнениями Ландау-Лифшица, а значит, имеет удобное количество решений. Авторы провели расчеты и выяснили, что токи для ферримагнетиков должны быть на несколько порядков выше, чем у антиферромагнетиков.«Но вопрос еще и в величине частоты: она ведь тоже нужна большая. И тут пригодились знания в магнетизме: феррит кобальта при низких температурах магнитотвердый, поскольку колоссально увеличивается его магнитная анизотропия, влияющая на частоту электронного резонанса», — пояснил Евгений Горбачев.
<p>Ученые показали, что охлажденный феррит кобальта способен резонансно поглощать частоты до 350 ГГц без приложения внешнего магнитного поля, что на сегодня стало рекордом. Также удалось экспериментально доказать наличие резонансных частот у этого вещества, причем резонанс этот именно электронный, то есть связанный с магнитной подсистемой. Однако такие свойства присущи не только ферриту кобальта: химики МГУ предложили целый класс материалов, которые могут практически использоваться в достаточно молодом направлении — терагерцовой спинтронике.«Для нас эта работа стала неожиданным погружением в электронику и спинтронику. Это действительно важные вещи, и нам хотелось бы, чтобы они нашли скорейшее применение, но современная наука развивается на голову быстрее, чем производство, поэтому мы работаем на будущее: исследуем, анализируем, перебираем и описываем», — подытожил Мирослав Сошников, студент третьего курса бакалавриата факультета наук о материалах МГУ, соавтор статьи.