แม่เหล็กทั้งหมด - ตั้งแต่ของที่ระลึกในตู้เย็นและแผ่นดิสก์คอมพิวเตอร์ไปจนถึงแม่เหล็กอันทรงพลังที่ใช้
เหตุใดการเคลื่อนไหวของ Magnon จึงมีความสำคัญมาก?
ทิศทางการหมุนของแม็กนอนหนึ่งอันอาจส่งผลกระทบได้ไปยังการเคลื่อนที่แบบเดียวกันของเพื่อนบ้าน จากนั้นไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง เป็นต้น กระบวนการนี้สร้างคลื่นหมุน ข้อมูลสามารถถ่ายโอนโดยใช้คลื่นหมุนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ไฟฟ้า Magnons เองสามารถทำหน้าที่เป็นส่วนเชื่อมต่อระหว่างควอนตัมซึ่ง "กาว" ควอนตัมบิตเข้าด้วยกันในคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง
อะไรคือปัญหา?
Magnons มีศักยภาพมหาศาล แต่พวกมันมักจะตรวจจับได้ยากโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่ การติดตั้งดังกล่าวเหมาะสำหรับการทำการทดลอง แต่ไม่เหมาะสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ เช่น อุปกรณ์แมกนอน และสปินทรอนิกส์
อย่างไรก็ตาม การสังเกตแมกนอนสามารถลดความซับซ้อนได้ด้วยด้วยวัสดุที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น สารกึ่งตัวนำแม่เหล็ก - โครเมียมโบรไมด์ซัลไฟด์ (CrSBr) สามารถแบ่งออกเป็นชั้นสองมิติบางอะตอมที่สังเคราะห์ขึ้นในห้องปฏิบัติการ
มีทางแก้
ในการศึกษาใหม่ พนักงานจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย วอชิงตัน และนิวยอร์ก รวมถึงห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ แสดงให้เห็นว่าแม็กนอนใน CrSBr สามารถจับคู่กับอนุภาคกึ่งเสมือนอีกตัวหนึ่งได้ ซึ่งก็คือ exciton ลักษณะเฉพาะของมันคือมันเปล่งแสงซึ่งหมายความว่านักฟิสิกส์จะสามารถ "เห็น" ควอซิอนุภาคที่หมุนได้
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?
ด้วยการรบกวนแมกนอนด้วยแสง พวกเขาจึงสังเกตการสั่นจากสิ่งกระตุ้นในช่วงอินฟราเรดใกล้จนแทบจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นแมกนอนโดยใช้เอฟเฟกต์แสงแบบธรรมดา ผลลัพธ์อาจถือเป็นการถ่ายโอนควอนตัมหรือการเปลี่ยนแปลงควอนตัมพลังงานหนึ่งไปเป็นอีกพลังงานหนึ่ง
การหลอมรวมของแม็กนอนและเอ็กซิตันจะช่วยให้นักฟิสิกส์เห็นทิศทางที่อนุภาคหมุนไป นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานควอนตัมหลายอย่าง เครดิต: Chung-Jui Yu
พลังงานของ excitons นั้นสูงกว่าสี่เท่าพลังงานแมกน่อน เมื่อเชื่อมต่อกันแล้ว จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในแม็กนอนได้อย่างง่ายดาย วันหนึ่ง การถ่ายทอดจะช่วยให้วิศวกรสร้างเครือข่ายข้อมูลควอนตัมได้ (ได้รับข้อมูลจากควอนตัมบิตตามการหมุน) โดยปกติ เครือข่ายจะต้องวางห่างกันภายในมิลลิเมตรและแปลงเป็นแสง ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานที่สามารถส่งข้อมูลหลายร้อยกิโลเมตรผ่านใยแก้วนำแสง
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุไว้ในระหว่างการทดลองเวลาการเชื่อมโยงกันคือระยะเวลาที่การแกว่งจะอยู่ได้นานแค่ไหน ดังนั้นจึงกินเวลานานกว่าขีดจำกัดห้านาโนวินาทีที่วางแผนไว้ของการทดลอง ปรากฏการณ์นี้สามารถขยายออกไปได้มากกว่าเจ็ดไมโครเมตรและคงอยู่แม้ว่าอุปกรณ์ CrSBr จะถูกสร้างขึ้นจากชั้นที่มีความหนาอะตอมเพียงสองชั้นก็ตาม
มันนำไปสู่ที่ไหน?
ทั้งหมดนี้ช่วยลดความยุ่งยากในการพัฒนาระดับนาโนอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ สักวันหนึ่งสิ่งเหล่านี้จะกลายเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพแทนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ต่างจากอิเล็กตรอนในกระแสไฟฟ้าซึ่งพบแรงต้านขณะเคลื่อนที่ ในคลื่นหมุนไม่มีอนุภาคเคลื่อนที่จริงๆ
ถัดไปคืออะไร
ในอนาคตนักวิจัยจะศึกษาควอนตัมศักยภาพในการให้ข้อมูลของ CrSBr รวมถึงเอกสารอื่นๆ ของผู้สมัคร ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์สามารถพบการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างแม็กนอน-เอ๊กซิตันในเซมิคอนดักเตอร์แม่เหล็กชนิดอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันเล็กน้อยกว่า CrSBr ส่งผลให้วัสดุสามารถเปล่งแสงได้หลากหลายสี
อ่านเพิ่มเติม:
ชาวไวกิ้งโบราณได้รับความทุกข์ทรมานจากโรคร้าย เกิดจากปรสิตจากแอฟริกา
พืชบนดาวอังคารผลิตออกซิเจนในอัตราเฉลี่ยของต้นไม้
อวัยวะมนุษย์ที่ใหญ่ที่สุดถูกสร้างขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการ แข็งแกร่งเป็นสองเท่าของเรา
ภาพหน้าปก: Argonne National Laboratory