Alle magneten - van souvenirs op de koelkast en computerschijven tot krachtige magneten die erin worden gebruikt
Waarom is magnonbeweging zo belangrijk?
De draairichting van één magnon kan van invloed zijn op:naar dezelfde beweging van zijn buurman, dan naar een ander deeltje, enzovoort. Dit proces creëert spingolven. Mogelijk kan informatie efficiënter worden overgedragen met behulp van spingolven dan met behulp van elektriciteit. Magnons zelf kunnen dienen als kwantumverbindingen, die kwantumbits aan elkaar "lijmen" tot krachtige computers.
Wat is het probleem?
Magnons hebben een enorm potentieel, maar zijvaak moeilijk te detecteren zonder omvangrijke laboratoriumapparatuur. Dergelijke installaties zijn geschikt voor het uitvoeren van experimenten, maar niet voor het ontwikkelen van apparaten, bijvoorbeeld magnonapparaten en spintronica.
De waarneming van magnons kan echter worden vereenvoudigd met:met geschikt materiaal. Bijvoorbeeld een magnetische halfgeleider - chroombromidesulfide (CrSBr). Het kan worden onderverdeeld in atomair dunne tweedimensionale lagen die in het laboratorium zijn gesynthetiseerd.
Er is een oplossing
In een nieuwe studie hebben medewerkers vanDe universiteiten van Columbia, Washington en New York, evenals het Oak Ridge National Laboratory, toonden aan dat magnonen in CrSBr paren kunnen vormen met een ander quasideeltje - een exciton. Zijn eigenaardigheid is dat het licht uitstraalt, wat betekent dat natuurkundigen een roterend quasideeltje kunnen "zien".
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
Door de magnonen met licht te verstoren, namen ze trillingen waarvan excitonen in het nabij-infraroodbereik, bijna zichtbaar voor het blote oog. Met andere woorden, wetenschappers hebben voor het eerst magnonen waargenomen met behulp van een eenvoudig optisch effect. De resultaten kunnen worden gezien als kwantumtransductie, of de transformatie van het ene energiekwantum in het andere.
Door de samensmelting van magnonen en excitonen kunnen natuurkundigen zien in welke richting deeltjes draaien. Dit is van belang voor verschillende kwantumtoepassingen. Krediet: Chung-Jui Yu
De energie van excitonen is vier ordes van grootte hogermagnon energie. Nu ze zich verbinden, kunnen kleine veranderingen in de magnonen gemakkelijk worden waargenomen. Op een dag zullen ingenieurs dankzij transductie kwantuminformatienetwerken bouwen (ze halen informatie uit kwantumbits op basis van rotatie). Doorgaans moeten de netwerken binnen millimeters van elkaar worden geplaatst en omgezet in licht, een vorm van energie die informatie honderden kilometers over glasvezel kan vervoeren.
Volgens wetenschappers merkten ze tijdens het experiment opCoherentietijd is hoe lang de oscillaties kunnen duren. Het duurde dus veel langer dan de geplande limiet van vijf nanoseconden van het experiment. Het fenomeen kan zich uitstrekken tot meer dan zeven micrometer en blijft bestaan, zelfs als CrSBr-apparaten uit slechts twee atoomdiktelagen bestaan.
Waar leidt het toe?
Dit alles vereenvoudigt de ontwikkeling van nanoschaalspintronische apparaten. Op een dag zullen ze een effectief alternatief worden voor moderne elektronica. In tegenstelling tot elektronen in een elektrische stroom, die weerstand ondervinden terwijl ze bewegen, bewegen in een spingolf geen deeltjes daadwerkelijk.
Wat is de volgende stap?
In de toekomst zullen onderzoekers het kwantum bestudereninformatiepotentieel van CrSBr, evenals ander kandidaatmateriaal. Wetenschappers kunnen bijvoorbeeld magnon-excitonkoppeling vinden in andere soorten magnetische halfgeleiders met iets andere eigenschappen dan CrSBr. Hierdoor kunnen materialen licht in een breder scala aan kleuren uitstralen.
Lees verder:
De oude Vikingen leden aan een gevaarlijke ziekte. Het wordt veroorzaakt door een parasiet uit Afrika
Plant op Mars produceert zuurstof met de snelheid van een gemiddelde boom
Het grootste menselijke orgaan werd in het laboratorium nagebouwd. Het is twee keer zo sterk als het onze.
Omslagfoto: Argonne National Laboratory