Alle Magnete – von Souvenirs am Kühlschrank und Computerplatten bis hin zu leistungsstarken Magneten, die in verwendet werden
Warum ist die Magnonenbewegung so wichtig?
Die Drehrichtung einer Magnon beeinflussen kannauf die gleiche Bewegung seines Nachbarn, dann auf ein anderes Teilchen und so weiter. Dieser Prozess erzeugt Spinwellen. Möglicherweise können Informationen mithilfe von Spinwellen effizienter übertragen werden als mit Strom. Magnonen selbst können als Quantenverbindungen dienen, die Quantenbits zu leistungsstarken Computern „zusammenkleben“.
Was ist das Problem?
Magnonen haben ein enormes Potenzial, aber sieohne sperrige Laborausrüstung oft schwer zu erkennen. Solche Anlagen eignen sich für die Durchführung von Experimenten, nicht jedoch für die Entwicklung von Geräten – beispielsweise Magnonengeräten und Spintronik.
Allerdings lässt sich die Beobachtung von Magnonen mit vereinfachenmit passendem Stoff. Zum Beispiel ein magnetischer Halbleiter - Chrombromidsulfid (CrSBr). Es lässt sich in atomar dünne, im Labor synthetisierte zweidimensionale Schichten aufteilen.
Es gibt eine Lösung
In einer neuen Studie haben Mitarbeiter ausDie Universitäten von Columbia, Washington und New York sowie das Oak Ridge National Laboratory zeigten, dass Magnonen in CrSBr Paare mit einem anderen Quasiteilchen – einem Exziton – bilden können. Seine Besonderheit ist, dass es Licht aussendet, was bedeutet, dass Physiker in der Lage sein werden, ein rotierendes Quasiteilchen zu „sehen“.
Was haben die Wissenschaftler getan?
Indem sie die Magnonen mit Licht störten, beobachteten sie Schwingungenaus Exzitonen im nahen Infrarotbereich, die mit bloßem Auge fast sichtbar sind. Mit anderen Worten: Zum ersten Mal beobachteten Wissenschaftler Magnonen mithilfe eines einfachen optischen Effekts. Die Ergebnisse können als Quantentransduktion oder als Umwandlung eines Energiequants in ein anderes angesehen werden.
Die Verschmelzung von Magnonen und Exzitonen wird es Physikern ermöglichen, die Richtung zu sehen, in der sich Teilchen drehen. Dies ist für mehrere Quantenanwendungen wichtig. Bildnachweis: Chung-Jui Yu
Die Energie von Exzitonen ist vier Größenordnungen höherMagnon-Energie. Wenn sie sich nun verbinden, können winzige Veränderungen in den Magnonen leicht beobachtet werden. Eines Tages wird die Transduktion es Ingenieuren ermöglichen, Quanteninformationsnetzwerke aufzubauen (sie erhalten Informationen von Quantenbits basierend auf Rotation). Typischerweise müssen die Netzwerke innerhalb von Millimetern voneinander platziert werden und sie in Licht umwandeln, eine Energieform, die Informationen Hunderte von Kilometern über Glasfaser übertragen kann.
Laut Wissenschaftlern wurde dies während des Experiments festgestelltDie Kohärenzzeit gibt an, wie lange die Schwingungen andauern können. Es dauerte also viel länger als die geplante Fünf-Nanosekunden-Grenze des Experiments. Das Phänomen kann sich über sieben Mikrometer erstrecken und selbst dann bestehen bleiben, wenn CrSBr-Geräte aus nur zwei atomdicken Schichten bestehen.
Wohin führt es?
All dies vereinfacht die Entwicklung im NanomaßstabSpintronische Geräte. Eines Tages werden sie zu einer effektiven Alternative zur modernen Elektronik. Im Gegensatz zu Elektronen in einem elektrischen Strom, die bei ihrer Bewegung auf Widerstand stoßen, bewegen sich in einer Spinwelle tatsächlich keine Teilchen.
Was weiter?
In Zukunft werden Forscher das Quant untersuchenInformationspotential von CrSBr sowie anderen Kandidatenmaterialien. Beispielsweise können Wissenschaftler eine Magnon-Exziton-Kopplung in anderen Arten von magnetischen Halbleitern mit etwas anderen Eigenschaften als CrSBr finden. Infolgedessen können Materialien Licht in einem breiteren Farbspektrum emittieren.
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Titelfoto: Argonne National Laboratory