Екип учени от САЩ е открил фундаментална математическа аналогия между поведението на електроните в графена и спиновите вълни в специално проектирани двумерни магнитни системи. Чрез създаването на тънък магнитен филм с шестоъгълна структура от дупки – като при графена – те откриха, че магнитните „спинови вълни“ следват същия математически модел като електроните в графена. Неочакваното съвпадение открива нов начин за изучаване на сложните магнитни материали и за създаване на миниатюрни микровълнови устройства.

Изследванията на специалистите от Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн започнаха с откритие: оказа се, че както електроните в графена, така и микроскопичните магнитни възбуждания (спинови вълни) в т.нар. магнонови материали се държат като вълни. Това ги накарало да се запитат: може ли да се създаде магнитна система, която математически да се държи като графена?

За да отговорят на този въпрос, учените моделират тънък магнитен филм с отверстия, подредени в хексагонален ред. В рамките на тази структура микроскопичните магнитни моменти (спинове) си взаимодействат, генерирайки разпространяващи се смущения – спинови вълни. Изчисленията на енергиите на тези вълни показват забележителна прилика с поведението на електроните в графена.

Системата дори надхвърли очакванията на изследователите, пише Science Daily: вместо простата аналогия „едно към едно“ изследователите идентифицираха девет различни енергийни зони. Те включват безмасови спинови вълни (подобни на електронните вълни в графена), зони с ниска дисперсия, свързани с локализираните състояния, и топологични ефекти, обхващащи няколко зони едновременно.

„Магноновите кристали са известни с това, че пораждат огромно разнообразие от зависими от структурата и геометрията явления, повечето от които са каталогизирани, но никога не са били напълно разбрани“, обяснява Аксел Хофман, един от изследователите. – Аналогията с графена в тази система дава ясно обяснение за наблюдаваното поведение“.

Практически приложения могат да бъдат намерени в микровълновата технология за безжични комуникации. По-специално, „микровълновите циркулатори“, които пропускат сигнала само в едната посока, обикновено са обемисти. Магноновата система би позволила тези устройства да бъдат сведени до микрометрични мащаби. Вече е подадена заявка за патент за това изобретение.