Nisko-stratna magonika sterowana prądem i fluksonami (FluMag)

Kierownik: dr hab. Jarosław Kłos | Nr projektu: 2021/43/I/ST3/00550 | Wartość: 1 042 994,00 PLN | 2023-01-02 - 2026-01-01 | Instytucja: NCN | OPUS 22 (LAP)

Poza znanym we współczesnych komputerach cyfrowym przetwarzaniem informacji, możliwe jest stosowanie dedykowanych układów operujących na sygnałach w formie fal. Ta idea jest wykorzystywana w fotonice i fononice, gdzie informacja zapisywana jest w amplitudzie i fazie fal świetnych i fal elastycznych. Możliwe jest również stosowanie w podobnym celu układów magnetycznych, gdzie obserwuje się wzbudzenia falowe, tzn. rozchodzące się oscylacje namagnesowania – tzw. fale spinowe. Tego rodzaju fale charakteryzują się krótka długością (układy przetwarzające fale spinowe mogą mieć rozmiary dziesiątek nanometrów) i względnie duża częstotliwością (informacja zapisana w fali spinowej może być przetwarzana z dużą, gigahercową częstotliwością). Aby manipulować rozchodzącymi się falami należy wpływać na nie za pomocą zewnętrznych czynników. W przypadku fal spinowych jest to możliwe dzięki sterowaniu polem magnetycznym, w tym również elekromagnetycznym polem mikrofalowym. To rozwiązanie ma jednak ograniczenia związane z względnie dużymi (mikrometrowymi) rozmiarami anten oraz stratami i małą sprawnością tego typu układów. Alternatywnym rozwiązaniem jest stosowanie anten wykonanych z nadprzewodnika. Dzięki temu nie tylko likwiduje się straty związane w wydzielaniem się ciepła generowanego przez przepływający prąd, ale również zyskuje się możliwość sterowania fal spinowych polem magnetycznym wytworzonym przez prący nadprzewodzące. W nadprzewodniku prądy płyną po jego powierzchni lub wokół wirów pola magnetycznego zwanych fluksonami. W naszych badaniach zamierzamy kontrolować prądy nadprzewodzące przez kształt nadprzewodnika, w którym rozchodzą się fale spinowe lub przez wytwarzanie i przesuwanie worteksów w nadprzewodniku. (Ferro)magnetyzm i nadprzewodnictwo są zjawiskami konkurencyjnymi, a efekty kwantowe zachodzące na złączu tych materiałów są bardzo złożone. Oprócz kontaktowego sprzężenia nadprzewodnika i ferromagnetyka oba układy oddziałują również magnetycznie poprzez pole wytwarzane przez oscylujące namagnesowanie (tj. przez falę spinową) i dynamiczne pole magnetyczne generowane przez prądy wirowe w nadprzewodniku. To klasyczne (tj. nie-kwantowe) oddziaływanie jest bardzo złożone i nie końca wyjaśnione. Celem naszych badań jest formalny (matematyczny) opis tego odziaływania oraz zaprojektowanie szeregu hybrydowych urządzeń, w których sprzęgnięto magnetycznie nadprzewodnik z ferromagnetykiem, takich jak sprzęgacze kierunkowe (pełniące funkcję diod lub cyrkulatorów dla fal spinowych), czy generatory bardzo krótkich fal spinowych (niemożliwych do wytworzenia w standardowych antenach). Projekt jest realizowany przez trzy zespoły: grupę teoretyczną, która będzie również symulowała i projektowała hybrydowe układy nadprzewodnik/ferromagnetyk (kierowaną przez Jarosława Kłosa z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu) oraz dwie grupy doświadczalne zajmujące się wytwarzaniem i pomiarami wspomnianych struktur (kierowane przez Michal Urbanka z Central European Institute of Technology w Brno oraz przez Oleksandra Dobrovolskiy’ego z Uniwersytetu we Wiedniu).