Ученые ЛЭТИ приняли участие в составлении дорожной карты по разработке электроники на новых физических принципах

«Магноника стала активно развиваться в последнее десятилетие. Благодаря стараниям ученых со всего мира, в этом направлении удалось добиться многих важных результатов. Для осмысления итогов и формулирования актуальных задач, которые предстоит решить в ближайшем будущем, была подготовлена данная обзорная статья. Коллектив авторов включает 116 исследователей из разных стран, включая троих специалистов по магнонике из нашего вуза», – рассказывает профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Устинов, который возглавляет лабораторию магноники и радиофотоники.

Напомним, что основы спин-волновой электроники (а магнонику можно считать новым витком развития данного исследовательского направления) были заложены еще в 70-х годах ХХ века. В числе основоположников этого направления в СССР были ученые из СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Это - Орест Генрихович Вендик (1932-2022) и Борис Антонович Калиникос (1945-2020). Последний был награжден в 1988 году государственной премией СССР «за развитие научных основ спин-волновой электроники».

Один из важнейших результатов ученых ЛЭТИ, изложенных в новом обзоре, посвящен разработке резервуарных компьютеров на принципах магноники (Section VII.D: Magnonic Neuromorphic Computing). В планах ученых создать миниатюрное вычислительное устройство, представляющее собой разновидность искусственной нейронной сети. Однако, в отличие от традиционной нейросети, для обработки информации такой компьютер будет использовать специальный магнонный физический “резервуар” из магнитного материала.

Прототип резервуарного компьютера, уже создан при участии ученых ЛЭТИ. Он - сравнительно прост в изготовлении потому, что состоит из одного физического резервуара. Для сравнения, техническая реализация искусственной нейросети требует большого числа искусственных нейронов. В настоящее время проводятся исследования по изучению ввода, вывода и обработки данных, а также по эффективности решения задач оптимизации и распознавания образов. Одной из грядущих задач дорожной карты по развитию магноники в аспекте создания резервуарных компьютеров исследователи ЛЭТИ называют дальнейший поиск магнитных соединений с наиболее эффективными свойствами.

В качестве одного из вариантов таких материалов ученые предлагают использовать искусственные мультиферроики – это класс веществ, у которых электрические свойства зависят от магнитного поля и наоборот - магнитные параметры зависят от электрического поля. Эти свойства позволяют облегчить управление магнонами. Ученые ЛЭТИ также предложили схемы устройств для обработки информации, в том числе на основе мультиферроиков (Section V.C: Electromagnonic Crystals for Spin-Wave Computing и Section VI.C: Logic Gates Based on Nonlinear Spin Waves).

«Результаты наших фундаментальных исследований могут быть не только интересны ученым, но и полезны представителям высокотехнологических отраслей промышленности, которых интересует возможность внедрения инноваций. Важной частью работы лаборатории является налаживание контактов с предприятиями и с представителями бизнеса», - рассказывает Алексей Устинов.

Исследования в сфере магноники проводятся в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации. Ее главная задача – обнаружение и исследование физических эффектов, которые затем можно положить в основу работы резервуарного компьютера.