Научно-исследовательская лаборатория магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникова

Научные результаты:

• При помощи аппарата Гамильтонова формализма построена теория нелинейного возбуждения спиновых волн микрополосковыми антеннами. С помощью построенной теории и проведенных по ней расчетов было произведено сравнение влияния двух видов нелинейности на амплитуду возбуждаемой спиновой волны. Впервые установлен основной физический механизм, отвечающий за нелинейность характеристик, описывающих возбуждение спиновых волн микрополосковыми антеннами. Этим механизмом является четырехволновое параметрическое взаимодействие спиновых волн в той части магнитной пленки, которая находится непосредственно под антенной.
• Разработана теория формирования нелинейных передаточных характеристик активного кольцевого резонатора с учетом нелинейной дисперсии и затухания поверхностных спиновых волн.
• Проведено исследование влияния на формирование нелинейных передаточных характеристик таких параметров активного кольцевого резонатора, как коэффициент усиления разомкнутого кольца, напряженность внешнего магнитного поля и входная безразмерная амплитуда спиновых волн.
• Показано, что увеличение коэффициента усиления до порога автогенерации приводит к расширению частотного диапазона бистабильности, при этом, в случае достаточно малой амплитуды спиновых волн, влиянием нелинейного затухания можно пренебречь. Показано, что увеличение магнитного поля обеспечивает возрастание нелинейного коэффициента, что тоже приводит к расширению частотного диапазона бистабильности. Обнаружено, что увеличение входной амплитуды спиновых волн приводит к расширению частотного диапазона бистабильности, однако, влияние нелинейного затухания в этом режиме выражено гораздо сильнее. Полученные результаты были использованы для исследования нелинейной динамики спиновых волн в магнонных кольцевых резервуарных системах с целью повышения их производительности.
• Разработана численная модель для расчета рабочих характеристик резервуарной вычислительной системы, построенной на спин-волновом активном кольцевом осцилляторе, в котором ввод данных осуществляется путем изменения коэффициента усиления цепи обратной связи. В основе модели лежит уравнение Гинзбурга-Ландау, описывающее нелинейный набег фазы и нелинейное затухание рабочих спиновых волн.
• На основе разработанной численной модели был создан комплект компьютерных программ для определения эффективности резервуарных систем. В качестве главных критериев оценки были выбраны ёмкости, получаемые в результате выполнения теста кратковременной памяти и теста контроля четности. Данные тесты позволили оценить два основных параметра эффективности, а именно - память и нелинейность резервуара.
• Разработана физическая реализация резервуарного компьютера с временной задержкой на основе кольцевого резонатора со спин-волновой линией задержки. Было показано, что эта система за счёт динамики спиновых волн может реализовать необходимые для резервуара свойства, такие как: нелинейность и затухающая память. Включение в схему резервуарного компьютера опорной линии позволило улучшить нелинейную вычислительную мощность без резкого уменьшения объема затухающей памяти. Были проведены тесты производительности резервуарного компьютера и оказалось, что производительность разработанного резервуарного компьютера выше, чем у известных из литературы.
• Разработана модель магнон-фотонного физического резервуара, построенного на комбинации спин-волновой и оптоэлектронной линий задержки. Показана его высокая производительность.
• На основе магнонного резервуарного компьютера разработан датчик магнитного поля. Принцип его работы основан на зависимости динамики спиновых волн в спин-волновой линии задержки от внешних условий.

Внедрение результатов исследования:

Бенефициарами результатов исследования являются 1) научные и научно-образовательные организации, специализирующиеся на проведении фундаментальных и прикладных исследований в области искусственного интеллекта и обработки сигналов, а также 2) организации, занимающиеся разработкой и внедрением информационных систем и технологий в таких областях как машинное обучение, компьютерное зрение, искусственный интеллект, информационный поиск и др.

Научные организации смогут использовать полученные научно-исследовательской лабораторией магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса научные результаты для дальнейшего развития передовых фундаментальных исследований в области систем искусственного интеллекта, нейронных сетей, систем обработки информации и магноники.

Для компаний, специализирующихся на разработке различных систем искусственного интеллекта, созданные (и продолжающие создаваться коллективом лаборатории) научные разработки станут математическим и физическим фундаментом, позволяющим внедрять в практическую деятельность оптимальные алгоритмы обработки информации на основе нейронных сетей.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создана научно-исследовательская лаборатория магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса (ЛМРФ).

Образование и переподготовка кадров:

• Разработаны образовательные программы (включающие курсы лекций, лабораторные работы, практические занятия) по заявленному направлению научного исследования: «Искусственные нейронные сети на принципах физической электроники», «Радиофотоника и волоконная оптика», «Новое поколение электронной компонентной базы», «Физическая электроника», «Радиофотоника». Данные учебные программы внедрены в образовательный процесс.
• Научным коллективом лаборатории организовывается и проводится ежегодная международная конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ».
• Разработана дополнительная профессиональная программа повышения квалификации «Магноника и резервуарные вычисления».
• Разработаны образовательные программы инженерной подготовки специалитета по ФГОС 4.

Сотрудничество:

ООО «Инзарус», ООО «Пауплей Системс» (Россия), Российский квантовый центр, Сколтех, ИОФ РАН, ПАО МТС.