Alla magneter - från souvenirer på kylskåp och datorskivor till kraftfulla som används i
Varför är magnonrörelse så viktigt?
Rotationsriktningen för en magnon kan påverkatill samma rörelse av sin granne, sedan till en annan partikel, och så vidare. Denna process skapar spinnvågor. Potentiellt kan information överföras med hjälp av spinnvågor mer effektivt än med elektricitet. Magnoner själva kan fungera som kvantkopplingar, som "limmar" kvantbitar till kraftfulla datorer.
Vad är problemet?
Magnoner har enorm potential, men deofta svåra att upptäcka utan skrymmande laboratorieutrustning. Sådana installationer är lämpliga för att genomföra experiment, men inte för att utveckla enheter - till exempel magnon-enheter och spintronics.
Observationen av magnoner kan dock förenklas medmed lämpligt material. Till exempel en magnetisk halvledare - krombromidsulfid (CrSBr). Den kan delas upp i atomärt tunna tvådimensionella lager som syntetiseras i laboratoriet.
Det finns en lösning
I en ny studie har anställda frånColumbia, Washington och New Yorks universitet, samt Oak Ridge National Laboratory, visade att magnoner i CrSBr kan bilda par med en annan kvasipartikel - en exciton. Dess egenhet är att den avger ljus, vilket innebär att fysiker kommer att kunna "se" en roterande kvasipartikel.
Vad har forskarna gjort?
Genom att störa magnonerna med ljus observerade de svängningarfrån excitoner i det nära-infraröda området, nästan synliga för blotta ögat. Med andra ord, för första gången observerade forskare magnoner med en enkel optisk effekt. Resultaten kan ses som kvanttransduktion, eller omvandlingen av ett energikvant till ett annat.
Sammanslagningen av magnoner och excitoner gör det möjligt för fysiker att se i vilken riktning partiklarna snurrar. Detta är viktigt för flera kvanttillämpningar. Kredit: Chung-Jui Yu
Energin hos excitoner är fyra storleksordningar högremagnon energi. Nu när de ansluter kan små förändringar i magnonerna lätt observeras. En dag kommer transduktion att tillåta ingenjörer att bygga kvantinformationsnätverk (de får information från kvantbitar baserat på rotation). Vanligtvis måste nätverken placeras inom millimeter från varandra och omvandla det till ljus, en form av energi som kan bära information hundratals kilometer över fiberoptik.
Enligt forskare noterade de under experimentetKoherenstiden är hur länge svängningarna kan pågå. Således varade det mycket längre än den planerade gränsen på fem nanosekunder för experimentet. Fenomenet kan sträcka sig över sju mikrometer och kvarstå även när CrSBr-enheter är gjorda av bara två atomtjocka lager.
Vart leder det?
Allt detta förenklar utvecklingen av nanoskalaspintroniska enheter. En dag kommer de att bli ett effektivt alternativ till modern elektronik. Till skillnad från elektroner i en elektrisk ström, som möter motstånd när de rör sig, i en spinnvåg, rör sig faktiskt inga partiklar.
Vad är nästa?
I framtiden kommer forskare att studera kvantumetinformationspotential för CrSBr, såväl som annat kandidatmaterial. Till exempel kan forskare hitta magnon-exciton-koppling i andra typer av magnetiska halvledare med något andra egenskaper än CrSBr. Som ett resultat kommer material att kunna avge ljus i ett bredare spektrum av färger.
Läs mer:
De gamla vikingarna led av en farlig sjukdom. Det orsakas av en parasit från Afrika
Anläggningen på Mars producerar syre i samma takt som ett genomsnittligt träd
Det största mänskliga organet återskapades i laboratoriet. Den är dubbelt så stark som vår.
Omslagsfoto: Argonne National Laboratory