Forskydningslydbølger giver magien til at forbinde ultralyd og magnetiske bølger

Et hold ledet af forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan er lykkedes med at skabe en stærk kobling mellem to former for bølger – magnoner og fononer – i en tynd film. Det er vigtigt, at de opnåede dette ved stuetemperatur, hvilket åbnede vejen for udviklingen af ​​hybridbølge-baserede enheder, hvor information kunne lagres og manipuleres på en række forskellige måder.

De fleste computerenheder, der er i brug i dag, er baseret på bevægelse af elektrisk ladning – elektroner – men der er grænser for, hvor hurtigt elektronerne kan bevæge sig, og deres bevægelse genererer varme, som skaber energitab og er miljømæssigt uønsket.

Som svar arbejder forskere på at udvikle enheder, der udnytter bølgelignende energiformer såsom lyd, lys og spin, da de potentielt kan føre til skabelsen af ​​mere tabsfrie enheder.

For den aktuelle forskning, offentliggjort i Physical Review Letters , så forskerne på to bølgelignende former:magnoner – kvasipartikler, der repræsenterer den kollektive excitation af spins, en magnetisk egenskab og fononer – et akustisk fænomen, der i dette tilfælde var lavet af overfladebølger, der forplantede sig langs filmen.

Ifølge Yunyoung Hwang, den første forfatter til undersøgelsen, er der blevet udviklet enheder, der anvender magnoner og fononer, men vi følte ligesom andre forskere, at sammenlægning af ultralyd og magneter kunne føre til store spring inden for informations- og kommunikationsteknologier. Når disse to stater arbejder meget tæt sammen, det skaber en ny hybrid tilstand, og vi føler, at dette vil åbne døren for spændende fremskridt inden for informationsbehandling."

Selvom andre grupper har forsøgt at gøre dette, var der en hage:regelmæssige lydbølger på overflader forbinder ikke godt med magneter. Holdet var i stand til at knække denne kode ved at bruge en anden slags lydbølger, kaldet shear lydbølger, som passer bedre til magneter.

Nøgleelementet, der gjorde arbejdet muligt, var en lille on-chip enhed kaldet en nanostruktureret overflade akustisk bølgeresonator. Det begrænser ultralydsbølger til et bestemt sted og forbedrer forskydningslydbølger, hvilket tillader en stærk kobling mellem overfladelydbølgerne og magneterne i resonatoren. Herigennem var forskerne i stand til at opnå stærk magnet-lydkobling i en Co₂₀ Fe₆₀ B₂₀ film, ved stuetemperatur.

Ifølge Jorge Puebla, en anden forfatter til undersøgelsen, "Især føler vi, at vores arbejde vil bidrage til studiet af kohærent koblede magnon-phonon kvasipartikler, som kunne hjælpe udviklingen af ​​hybridbølgebaserede informationsbehandlingsenheder med relativt små tab .

"Ud over dette dukker to spændende veje op i horisonten:fremskridt i vores enheder kan føre os ind i det ultrastærke koblingsregime, et domæne, der endnu ikke er fuldt udforsket; alternativt, ved at udføre lignende eksperimenter ved ultralave temperaturer, har vi potentiale til at udforske kvantefænomener."

Flere oplysninger: Yunyoung Hwang et al., Strongly Coupled Spin Waves og Surface Acoustic Waves ved stuetemperatur, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.056704. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12690

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af RIKEN