Koblede magnetiske materialer viser interessante egenskaber til kvanteapplikationer

Som fans, der blæser synkroniseret, visse magnetiske materialer kan udvise interessante energiske egenskaber. For at finde nye måder at overføre og behandle oplysninger på, forskere er begyndt at undersøge opførsel af elektroniske og magnetiske spins, specifikt deres resonante ophidselser, som informationsbærere. I nogle tilfælde, forskere har identificeret nye fænomener, der i sidste ende kan hjælpe med at informere om oprettelsen af ​​nye enheder til spintroniske og kvante applikationer.

I en ny undersøgelse ledet af US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, forskere har afsløret en ny måde, hvorpå excitationer af magnetiske spins i to forskellige tynde film kan kobles stærkt til hinanden gennem deres fælles grænseflade. Denne dynamiske kobling repræsenterer en slags hybridsystem, der får stigende opmærksomhed fra forskere, der er interesserede i kvanteinformationssystemer.

"En måde at tænke på det er, som om du har to par masser knyttet til fjedre, "sagde Argonne postdoktoralforsker og første forfatter Yi Li." Vi ved, at hver masse, der er forbundet med en fjeder, vil svinge periodisk, når den rammes udefra. Men hvis vi forbinder de to masser med en tredje fjeder, så vil oscillationen af ​​den ene masse også udløse oscillationen af ​​den anden masse, som kan bruges til at udveksle information mellem fjedrene. Den tredje fjeders rolle her spilles af grænsefladeudvekslingskoblingen mellem de to magnetiske lag. "

Med noget smart teknik, forskere kan indstille den frie svingningsfrekvens for de to lag magnetiske spins - "masserne" - til at være identiske, hvor de er de mest gunstige for par. Ud over, de viser, at de to systemer kan "stærkt" kobles, en tilstand, der er vigtig for at opretholde sammenhæng og kan inspirere applikationer i kvanteinformation.

Udover den stærke koblingstilstand, forskere har fundet en yderligere ny effekt i det magnetiske dobbeltlag, som har indflydelse på sammenhængen i deres excitationer:den ene side kan pumpe energi, kaldet spin -strøm, ind i den anden. En bemærkelsesværdig og spændende adfærd vedrørende den nye dynamiske kobling involverer udveksling af energi mellem de to lag i det magnetiske materiale.

Ifølge University of Illinois materialeforsker og studieforfatter Axel Hoffmann, hvert lag har en særlig længde, over hvilken magnetiseringsdynamikken sædvanligvis uafhængigt vil vedvare. Imidlertid, med introduktionen af ​​spin -strømmen, der skubber spin i en bestemt retning, der kan overføres nok energi, så magnetiseringsdynamikken varer væsentligt længere i et af lagene.

"Vi vidste, at der eksisterede en stiv form for kobling, men faktum er, at den anden dynamiske kobling også er vigtig - og vigtig nok, så vi ikke kan ignorere den, "Sagde Hoffmann." For kvanteinformationssystemer, navnet på spillet er at tage lidt excitation og at manipulere det på en eller anden måde eller overføre det til en anden excitation, og det er stort set kernen i det, vi laver her. "

"Der er en iboende magnetisk interaktion, der kobler disse to lag, "Li tilføjet." Vi kan anvende et magnetfelt, og så kan vi afgøre, om disse to lag pumper i fase eller ud af fase. Sådanne kontrollerede interaktioner er i princippet, hvad folk gør for kvanteinformationsbehandling. "

Ifølge Hoffmann, eksperimentet startede med identifikationen af ​​to magnetiske systemer, som forskerne vidste var koblet sammen. Ved at søge at gøre koblingen så stærk, som den muligvis kan sammenlignes med de enkelte excitationer i materialet, forskerne var i stand til at se den yderligere detalje om, hvordan spin -pumpningsenergioverførslen opstod.

Et papir baseret på undersøgelsen, "Sammenhængende centrifugering i et stærkt koblet magnon-magnon-hybridsystem, "dukkede op i 17. marts udgave af Fysisk gennemgangsbreve . Andre forfattere af undersøgelsen omfattede Argonnes Zhizhi Zhang, Jonathan Gibbons, John Pearson, Valentine Novosad, og Wei Zhang; Paul Haney, Mark Stiles, og Vivek Amin fra National Institute of Standards and Technology; Wei Cao og William Bailey fra Columbia University; og Joseph Sklenar fra Wayne State University.