Совершен прорыв, который может сделать технологии будущего чувствительными к самому слабому шепоту магнитных полей. Новаторский метод, разработанный специалистами из Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Института радиотехники и электроники РАН, позволяет детектировать переменные магнитные поля с небывалой точностью при помощи тонких магнитных плёнок.
Это открытие прокладывает путь к созданию нового поколения сверхчувствительных датчиков и систем обработки информации в СВЧ-диапазоне, которые могут революционизировать области от беспроводной связи и радаров до медицинской диагностики и квантовых вычислений.
В основе технологии лежит использование особых свойств ферритовых материалов, таких как железо-иттриевый гранат, которые способны преобразовывать магнитные колебания в акустические — буквально в механические вибрации. Когда на такую плёнку воздействует переменное магнитное поле, в ней возникают упругие колебания, которые можно детектировать и анализировать.
Особенность метода — в его нелинейности: эффект становится заметным только при достаточно сильном магнитном поле, что напоминает принцип работы ключа или порогового устройства. Исследователи изучили, как плёнка ведёт себя под воздействием амплитудно-модулированных и частотно-модулированных сигналов, а также при одновременном воздействии двух частот. Оказалось, что если настроить толщину плёнки так, чтобы её собственная акустическая частота совпадала с частотой модуляции или разностной частотой, — происходит резонанс, и сигнал сильно усиливается.
Например, при амплитудной модуляции с несущей частотой 2800 МГц и модулирующей 280 МГц плёнка толщиной около 7 микрометров начинает «отзываться» именно на низкую частоту модуляции, а не на высокую несущую. Это позволяет эффективно выделять полезный сигнал на фоне шумов.
При частотной модуляции или при подаче двух близких частот система также демонстрирует сложное поведение: от чёткого детектирования до хаотических колебаний, в зависимости от силы поля. Это открывает путь к созданию перестраиваемых устройств для обработки СВЧ-сигналов без использования традиционной электроники.
Работа имеет важное практическое значение для разработки новых систем связи, радаров, медицинской диагностики и даже квантовых технологий, где требуется точное управление магнитными и акустическими волнами на микроуровне. Исследование продолжается, и учёные уверены, что их метод найдёт применение в устройствах будущего поколения.
Исследование опубликовано в «Челябинском физико-математическом журнале».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
