Несмотря на свои небольшие размеры, наномагнетики, используемые в большинстве приложений спинтроники, демонстрируют богатую динамику спиновых возбуждений, или "магнонов", квантовомеханических единиц спиновых флуктуаций. Благодаря своему наномасштабному ограничению наномагнетик можно рассматривать как систему нулевого измерения с дискретным спектром магнонов, подобным спектру атома.

"Магноны взаимодействуют друг с другом, создавая таким образом нелинейную спиновую динамику", - сказал Игорь Барсуков, доцент физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде и автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале Примененный физический обзор"Нелинейная спиновая динамика - это серьезная проблема и большая возможность для повышения производительности спинтронных технологий, таких как память на вращающий момент, генераторы и нейроморфные вычисления".

Барсуков объяснил, что взаимодействие магнонов подчиняется набору правил - правилам отбора. Теперь исследователи постулировали эти правила в терминах симметрии конфигураций намагниченности и профилей магнонов.

Новая работа продолжает усилия по приручению наномагнитов для вычислительных технологий следующего поколения. В предыдущей публикации команда экспериментально продемонстрировала, что симметрии могут быть использованы для проектирования магнонных взаимодействий.

"Мы осознали эту возможность, но также заметили, что необходимо проделать большую работу, чтобы понять и сформулировать правила отбора", - сказал Барсуков.

По мнению исследователей, всеобъемлющий набор правил раскрывает механизмы, лежащие в основе взаимодействия магнонов.

"Это можно рассматривать как руководство для лабораторий спинтроники по отладке и проектированию наномагнитных устройств", - сказал Арезу Этесамирад, первый автор статьи, который работал в лаборатории Барсукова и недавно получил докторскую степень по физике. "Это закладывает основу для разработки экспериментального набора инструментов для перестраиваемых магнитных нейронов, переключаемых генераторов, энергоэффективной памяти, квантовомагнитных и других наномагнитных приложений следующего поколения".

К Барсукову и Этесамираду присоединились в исследовании Родольфо Родригес из Калифорнийского университета, а также Джулия Харлан и Роман Верба из Института магнетизма в Киеве, Украина.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом США, Национальной академией наук Украины, Национальным исследовательским фондом Украины, Национальным научным центром Польши и корпорацией NVIDIA.