Магнитные материалы умеют хранить энергию колебаний — как камертон, который продолжает звенеть после удара. Если такой материал поместить в микроволновую полость, его колебания (магноны) начинают взаимодействовать со светом (фотонами). Но чтобы управлять этим взаимодействием, нужны нелинейные эффекты — когда отклик системы зависит от силы воздействия, как натянутая струна меняет тон при сильном щипке.
Группа исследователей взяла плёнку из железо-иттриевого граната толщиной всего 200 нанометров — в сотни раз тоньше человеческого волоса. Её форма не сферическая, а плоская, и это меняет поведение магнитных колебаний. Оказалось, что в такой плёнке эффект Керра (зависимость частоты колебаний от их амплитуды) становится заметно сильнее, чем в шарике того же объёма. Причём этот эффект можно настраивать: поворачивая внешний магнит, учёные меняли не только величину сдвига частоты, но и его знак — с положительного на отрицательный.
Моделирование взаимодействия магнонов и фотонов точно совпало с экспериментальными данными, подтвердив, что усиление эффекта Керра не разрушает сильную связь между колебаниями. Это значит, что такую систему можно использовать для управления частотой сигналов — например, в устройствах обработки информации, где магнитные волны переносят данные.
Железо-иттриевый гранат — прозрачный кристалл, который используют в лазерах и микроволновых фильтрах, а его магнитные колебания могут жить очень долго без затухания.