То звук, то магнетизм, то снова звук — квантовая волна-оборотень учит сети 6G мгновенно подстраиваться под любые условия

Учёные из Университета Кайзерслаутерн‑Ландау (RPTU) в Германии сообщили об эффекте, который может заметно изменить развитие систем связи следующего поколения, включая будущие стандарты 6G. Им удалось показать, что миниатюрные акустические колебания способны взаимодействовать со спиновыми волнами в ферримагнитных средах, образуя общее возбуждение, сочетающее свойства обоих процессов.

В центре работы оказалась структура на основе иттрий‑железного граната — ферримагнитного изолятора, отличающегося длительным временем жизни спиновых колебаний. Благодаря этому материал стал удобной площадкой для изучения того, как звук и магнитные возбуждения ведут себя на наноуровне.

Группа под руководством профессора Матиаса Вайлера использовала поверхностные акустические волны (Surface Acoustic Waves, SAW) — технологию, знакомую миллиардам устройств, где она служит для фильтрации радиосигналов, разделяя каналы мобильной связи, Wi‑Fi и GPS. На этот раз исследователи сопоставили её с квантовой физикой спина, что привело к неожиданным результатам.

Когда по поверхности твердого вещества распространяется звук, колебания решётки могут передаваться электронам, обладающим квантовым спином. В магнитно упорядоченных материалах это приводит к появлению спиновых волн — коллективных колебаний магнитного момента. В серии опытов в наноструктурированном резонаторе исследователи наблюдали редкую картину: акустические и магнитные колебания перестали существовать порознь и образовали магнон‑полярон — гибридную волну, где звук и спин непрерывно переходят друг в друга.

Как отметил первый автор работы Кевин Кюнстле, такое возбуждение не укладывается в привычные категории. Это новая форма, в которой акустическое и магнитное состояния полностью переплетены, а сама волна периодически меняет характер — то становясь ближе к звуку, то вновь принимая магнитный облик. Скорость этих переходов, называемая частотой Раби, оказалась выше совокупных потерь, что свидетельствует о достижении режима сильного взаимодействия — важнейшего условия для создания высокоэффективных устройств обработки сигнала.

По словам Вайлера, полученный результат объединяет два ключевых направления СВЧ‑технологий: акустические фильтры и ферримагнитные изоляторы. Подобное сочетание может стать основой для создания настраиваемых фильтров, способных оперативно менять рабочие частоты, — именно такая гибкость потребуется будущим системам 6G, которым нужны высокая адаптивность и точный контроль параметров сигнала.