Ученые МФТИ и Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова (ИРЭ) РАН под руководством академика Сергея Никитова представили инновационный детектор, основанный на принципах спинтроники. Он использует магнитный момент (спин) электронов, что позволяет ему фиксировать гораздо более высокие частоты по сравнению с современными аналогами в микроэлектронике. В ходе проекта также успешно создан генератор микроволнового излучения, работающий на тех же передовых принципах.
СВЧ-устройства: Сердце современной техники и необходимость эволюции
Детекторы и генераторы микроволнового излучения — ключевые компоненты электронных гаджетов. Сегодня большинство устройств работают в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне, который охватывает единицы и десятки гигагерц (ГГц). Эта технология лежит в основе современной бытовой электроники, включая смартфоны и телевизоры. Однако переход к новым поколениям устройств требует способности работать со значительно более высокими частотами, подчеркнул Сергей Никитов.
Терагерцовый рубеж: Преимущества новых диапазонов
«Современная мобильная связь 3G и 4G базируется на СВЧ-частотах около 2.4 ГГц. Но ожидаемое появление устройств пятого и шестого поколений требует увеличения рабочих частот, быстродействия и объемов передаваемой информации. Это напрямую означает необходимость в генераторах и детекторах, рассчитанных на гораздо более высокие частоты», — отметил Сергей Никитов.
Неоспоримые плюсы терагерцовых волн
Переход к терагерцовому диапазону (до 10^12 Гц, ТГц) открывает новые перспективы. Во-первых, терагерцовое излучение значительно меньше подвержено влиянию природных факторов: такие волны свободно проходят сквозь облака и тучи в отличие от микроволн. Во-вторых, они обладают уникальной способностью "видеть сквозь преграды", что активно используется в современных системах безопасности.
Проблема низких температур и поиск решения
Главным препятствием широкого использования терагерцовых устройств была их зависимость от сверхпроводников. «Сверхпроводники требуют экстремально низких температур, подобных температурам жидкого гелия или азота, что влечет за собой необходимость в громоздком криогенном оборудовании. Для повседневного применения критически важно создать устройства, функционирующие при обычной комнатной температуре», — пояснил Сергей Никитов.
Ключевая инновация: Спинтроника и металлы-катализаторы
Прорыв достигнут благодаря внедрению в конструкцию детектора, помимо антиферромагнитной пленки, слоев специфических металлов — платины и палладия. Платина обеспечивает эффективное взаимодействие с антиферромагнетиком — материалом, обладающим значительным магнитным моментом. Эти металлы называют "жесткими". Сергей Никитов объяснил принцип работы: «При прохождении электрического тока через жесткий металл возникает спинорбитальное взаимодействие, вызывающее магнитный момент. Этот момент способен проникать в соседний антиферромагнитный слой».
Работа на высоких частотах без охлаждения
Благодаря обратному эффекту взаимодействия внутри платины генерируется переменный ток уже на высоких терагерцовых частотах. Этот ток может быть легко детектирован антенной. Таким образом, ученые достигли главного: создали детектор и генератор, способные работать на сверхвысоких терагерцовых частотах при обычной комнатной температуре, открыв путь к новому этапу в развитии электроники.
Материал подготовлен при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник: scientificrussia.ru
