В ЛЭТИ разработали нелинейный фазовращатель для новых видов вычислительных устройств

Группа ученых из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработала фазовращатель, действующий на принципах магноники. Устройство позволит обрабатывать информацию с высокой скоростью и в перспективе может найти применение для технической реализации устройств искусственного интеллекта.

Информационно-телекоммуникационные системы для передачи, приема и обработки информации в настоящее время используют, в основном, традиционную компонентную базу электроники. Ожидается, что к концу текущего десятилетия XXI века масштабирование такой наноэлектроники станет все более ограниченным. Поэтому устройства на новых физических принципах, которые в будущем могут превзойти возможности современных технологий, сейчас активно разрабатываются для функционального расширения будущих узлов наноэлектронных технологий.

В качестве научной основы для создания нового поколения электроники выступает магноника. Это научное направление, которое изучает использование фундаментальных возбуждений магнитной системы — спиновые волны и их квази-частицы магноны в качестве носителей информации. Такие физические явления возникают в магнитных материалах. Магноника предлагает многообещающие подходы к преодолению критических ограничений современных технологий поскольку они могут обеспечить работу со сверхнизким энергопотреблением и энергонезависимость.

«Мы разработали магнонный фазовращатель, действующий на эффекте наведенного нелинейного сдвига фазы спиновых волн. Данное устройство позволяет управлять фазами волн гораздо быстрее существующих аналогов (порядка наносекунд). Устройство получилось миниатюрным за счет использования магнитного пленочного волновода», – рассказывает профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Устинов.

Наведенный нелинейный сдвиг фазы исследовался в волноводе из специальной пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), благодаря физическим свойствам которой в будущем планируется достичь высокой энергоэффективности. Ученые также описали базовую конструкцию устройства и методику его применения. Результаты работы опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.

«Наблюдаемое явление в будущем открывает путь к разработке различных типов нелинейных магнонных логических схем, которые могут лечь в основу резервуарных компьютеров. Использование разработанных фазовращателей также может повысить быстродействие существующих ФАР. Уже сейчас в РФ есть предприятия, которые выпускают устройства на основе пленок ЖИГ», – добавляет Алексей Устинов.

Разработка методологии, компонентной базы и прототипов устройств на новых физических принципах в ЛЭТИ проводится в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации. Недавно в рамках этой работы сотрудники лаборатории  выступили участниками фундаментального научного обзора о результатах и перспективах развития на ближайшее десятилетие магноники – актуального сегодня раздела физики, который может быть использован при создании более энергоэффективных и быстродействующих видов вычислительных устройств.