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Por que o movimento do magnon é tão importante?
A direção de rotação de um magnon pode afetarpara o mesmo movimento de seu vizinho, depois para outra partícula, e assim por diante. Este processo cria ondas de spin. Potencialmente, as informações podem ser transferidas usando ondas de spin com mais eficiência do que usando eletricidade. Os próprios Magnons podem servir como interconexões quânticas, que "colam" bits quânticos em computadores poderosos.
Qual é o problema?
Os Magnons têm um enorme potencial, masmuitas vezes difícil de detectar sem equipamento de laboratório volumoso. Essas instalações são adequadas para a realização de experimentos, mas não para o desenvolvimento de dispositivos - por exemplo, dispositivos magnon e spintrônica.
No entanto, a observação de magnões pode ser simplificada comcom material adequado. Por exemplo, um semicondutor magnético - sulfeto de brometo de cromo (CrSBr). Ele pode ser dividido em camadas bidimensionais atomicamente finas sintetizadas em laboratório.
Existe uma solução
Em um novo estudo, funcionários deAs universidades de Columbia, Washington e Nova York, bem como o Laboratório Nacional de Oak Ridge, mostraram que os magnons em CrSBr podem formar pares com outra quasipartícula - um éxciton. Sua peculiaridade é que emite luz, o que significa que os físicos poderão "ver" uma quase-partícula em rotação.
O que os cientistas fizeram?
Ao perturbar os magnons com luz, eles observaram oscilaçõesde excitons na faixa do infravermelho próximo, quase visíveis a olho nu. Em outras palavras, pela primeira vez, os cientistas observaram magnons usando um efeito óptico simples. Os resultados podem ser considerados como transdução quântica, ou a transformação de um quantum de energia em outro.
A fusão de magnons e excitons permitirá que os físicos vejam a direção na qual as partículas giram. Isso é importante para várias aplicações quânticas. Crédito: Chung-Jui Yu
A energia dos excitons é quatro ordens de grandeza maiorenergia magna. Agora, à medida que eles se conectam, pequenas mudanças nos magnons podem ser facilmente observadas. Um dia, a transdução permitirá que os engenheiros construam redes de informação quântica (eles obtêm informações de bits quânticos com base na rotação). Normalmente, as redes devem ser colocadas a milímetros umas das outras e convertê-las em luz, uma forma de energia que pode transportar informações a centenas de quilômetros por meio de fibra ótica.
Segundo os cientistas, durante o experimento eles notaramO tempo de coerência é quanto tempo as oscilações podem durar. Assim, durou muito mais do que o limite planejado de cinco nanossegundos do experimento. O fenômeno pode se estender por sete micrômetros e persistir mesmo quando os dispositivos CrSBr são feitos de apenas duas camadas de espessura de átomo.
Onde isso leva?
Tudo isso simplifica o desenvolvimento de nanoescaladispositivos spintrônicos. Um dia eles se tornarão uma alternativa eficaz à eletrônica moderna. Ao contrário dos elétrons em uma corrente elétrica, que encontram resistência à medida que se movem, em uma onda de spin, nenhuma partícula realmente se move.
O que vem a seguir?
No futuro, os pesquisadores estudarão o quantumpotencial informativo do CrSBr, bem como outros materiais candidatos. Por exemplo, os cientistas podem encontrar acoplamento magnon-exciton em outros tipos de semicondutores magnéticos com propriedades ligeiramente diferentes do CrSBr. Como resultado, os materiais serão capazes de emitir luz em uma ampla gama de cores.
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Foto da capa: Laboratório Nacional de Argonne