En metode til at bestemme magnonsammenhæng i solid-state-enheder

Et team af forskere ved Utrecht University, det norske universitet for videnskab og teknologi og universitetet i Konstanz har for nylig foreslået en ny metode til at bestemme magnonsammenhæng i solid-state-enheder. Deres undersøgelse, beskrevet i et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , viser, at krydskorrelationer af rene spinstrømme injiceret af en ferromagnet i to metalledninger normaliseret ved deres DC-værdi replikerer adfærden for andenordens optiske kohærensfunktion, kaldet g ⁽²⁾ , når magnoner drives langt fra ligevægt.

"Overvej et stort værelse fuld af mennesker, der holder en fest, "Akash Kamra, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Disse mennesker kan enten opføre sig som i en natklub, støde ind i hinanden på en ukoordineret måde og med kaotiske bevægelser, eller festfolkene kan blive instrueret af en fælles vært, såsom ved en bryllupsfest. En sådan 'fortættet' skare mennesker bevæger sig hurtigt uden at støde ind i hinanden. "

Kamra tegner en analogi mellem de partisituationer, han beskrev, og magnoner, kvantepartikler, der svarer til et specifikt fald i magnetisk styrke, rejser som en enhed gennem et magnetisk stof. I hans analogi, en ukoordineret "fest" ville forekomme, hvis magnoner er i en "termisk" tilstand, mens de er koordineret, hvis de er i en "sammenhængende" eller "kondenseret" tilstand. Den koordinerede bevægelse af gæster i den anden type fest, på den anden side, svarer til en superfluidstrøm, som er en manifestation af en bemærkelsesværdig tilstand:materien.

"Af flere grundlæggende videnskabelige og teknologiske årsager, magnonkondensatet er en spændende og værdifuld enhed, og det vigtigste gennembrud for vores papir er, at vi foreslår en metode til entydigt at opdage det, "Sagde Kamra.

Hvis man skulle åbne to døre til et stort rum med masser af mennesker og holde styr på, hvor mange mennesker der forlader rummet via hver dør inden for et givet tidsvindue, hun ville være i stand til at identificere, hvilken tilstand disse mennesker er i. Med andre ord, ved at sammenligne statistik over mennesker, der forlader begge døre, man ville kunne afgøre, om menneskene opfører sig på en ukoordineret eller koordineret måde.

"Bemærkelsesværdigt og kontraintuitivt, dette kan ikke opnås med en dør, "Kamra forklarede." Det er her analogien mellem magnoner (kvantepartiklerne i spinbølger i magneter) og mennesker nødvendigvis kommer til kort:magnoner følger kvanteverdenens underlige love og adlyder ikke reglerne i vores klassiske, hverdagens rige. "

Kamras og hans kollegers arbejde blev inspireret af et klassisk eksperiment med fotoner, de kvantepartikler, der udgør lys, hvor fotoner fra den samme lysstråle detekteres på to forskellige steder. Ved at sammenligne statistikken over detekteringstider for disse fotoner på to steder kan forskere opnå direkte information om lysstrålens tilstand (dvs. identificere, om den er termisk eller sammenhængende).

"Vores mål var at finde og foreslå en lignende måde at registrere, om en magnonstråle er sammenhængende eller ej, "Kamra sagde." Beskæftiger sig med et helt andet medium (et magnetisk materiale til magnoner i modsætning til ledig plads til lys), Det lykkedes os at identificere en eksperimentelt mulig måde at opnå denne magnon-kohærens-detektion på via måling af spin-strøm krydskorrelationer. "

Forskerne foreslår grænseflade mellem et magnetisk lag, der er vært for magnoner, med to forskellige ikke -magnetiske metalkabler. Magnonerne injicerer spinstrøm i begge metalledninger, som kan detekteres via det tilhørende, invers spin Hall effekt-medieret ladestrøm.

"Vi foreslår at måle DC-spinstrømmene ind i de to elektroder ud over krydskorrelationen mellem de to spinstrømme, "Kamra sagde." Et forhold mellem krydskorrelationen og produktet af de to spinstrømme viser sig at være 1 for et perfekt sammenhængende magnonsystem. Når forholdet afviger fra 1, det fungerer som et mål for og gør det muligt at kvantificere sammenhængen i magnonsystemet. "

Det vigtigste fund, Kamra og hans kolleger har indsamlet, er, at den veletablerede mekanisme og metode til at detektere sammenhængen mellem en lysstråle faktisk fungerer for helt andre kvantepartikler, såsom magnoner, såvel. Når denne metode anvendes på magnoner, imidlertid, man bør overveje, at systemer, der er vært for disse partikler, normalt er meget små (mindre end en millimeter lange) i forhold til lysstråler, som normalt strækker sig over flere meter eller kilometer.

"Med denne sondring i tankerne, vi har foreslået en metode til brug af spin-nuværende krydskorrelationer til koherensdetektering, "Kamra sagde." Vores arbejde viser også, at den samme nuværende krydskorrelationsidé kan bruges til at måle sammenhæng for hele rækken af ​​bosoniske excitationer, såsom fononer og excitoner, i solid-state-systemer, åbner spændende perspektiver for flere forskningssamfund. "

Resultaterne indsamlet af forskerne er et væsentligt bidrag til kvantemagnonik, et studieområde, der søger at udforske og udnytte magnons kvante natur. Opnåelsen af ​​en så robust påvisning af magnonsammenhæng er et stort spring fremad, da det kunne bane vejen for udviklingen af ​​koncepter og anordninger baseret på spin -overstrømme og overflødighed.

"Vores nuværende forslag er simpelthen et første lille vindue ind i den spændende verden af ​​kvantemagnonik, "Kamra sagde." Dette vindue viser, hvordan man i magneter kan opnå det, der allerede er opnået med lys. Vi arbejder nu på at undersøge potentialet i krydskorrelationsteknikken og undersøge fænomener, der går ud over lysets bosoniske egenskaber. "

© 2019 Science X Network