Саратовские физики впервые в мире установили формирование брэгговских резонансов в пластинах периодических ферромагнитных полупроводников. Результаты исследования, опубликованные в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials, открывают новые перспективы для создания компактных и энергоэффективных устройств.

Ферромагнитные полупроводники – это уникальные материалы, сочетающие магнитные и полупроводниковые свойства. Они способны намагничиваться без внешнего магнитного поля и независимо проводить электрический ток. Эти свойства помогут сделать устройства более компактными и повысят их энергоэффективность.

Брэгговские резонансы возникают, когда волны отражаются от периодических структур внутри материала. Профессор кафедры нелинейной физики СГУ Мария Александровна Морозова объясняет этот эффект на простом примере: 

Брэгговские резонансы можно наблюдать в различных диапазонах, включая микроволновый и терагерцовый, что делает их универсальными для применения в современных технологиях.

Команда учёных СГУ впервые в мире изучила формирование брэгговских резонансов в пластине ферромагнитного полупроводника с системой канавок на поверхности. Уникальность подхода заключается в сочетании свойств магнитного материала и электронной плазмы. Ранее подобные исследования ограничивались материалами с постоянной толщиной, что не позволяло добиться управляемости характеристиками.

Создание периодической структуры на поверхности полупроводника позволило учёным продемонстрировать возможность формирования запрещённых зон и управления их параметрами. Это открывает путь к разработке частотно-селективных устройств, способных фильтровать, усиливать или блокировать сигналы определённых частот. Такие технологии широко применяются в спутниковой связи, телекоммуникациях, а также в устройствах, таких как сотовые телефоны, радиоприёмники и Wi-Fi роутеры.

Результаты исследования имеют широкий спектр потенциальных применений. Одним из ключевых направлений является разработка энергоэффективных устройств обработки информации. Новые материалы позволяют минимизировать тепловые потери, характерные для традиционных полупроводников, за счёт использования спиновых волн, которые обладают значительно меньшим затуханием.

Учёные не планируют останавливаться на достигнутом. Следующим шагом станет изучение брэгговских резонансов в условиях сильной нелинейности – когда мощность входного СВЧ-сигнала существенно возрастает. Ожидается, что электрическая и магнитная нелинейность такой среды позволит управлять резонансами как в микроволновой, так и в гигагерцовой области частот. Это позволит рассмотреть новые режимы работы материалов и создать энергоэффективные и высокоскоростные устройства, способные адаптироваться к изменениям условий эксплуатации.

Исследование проводится в рамках гранта Российского научного фонда №23-79-30027, получившего поддержку в рамках конкурса 2023 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учёными, в том числе молодыми учёными. Это подчёркивает высокий уровень научного вклада и потенциал разработки для внедрения в высокотехнологичные отрасли.

Материал об исследовании читайте также на сайте «ТАСС Наука».