Ученые видят вращение в двумерном магните

Все магниты — от простых сувениров, висящих на вашем холодильнике, до дисков, которые дают компьютеру память, до мощных версий, используемых в исследовательских лабораториях, — содержат вращающиеся квазичастицы, называемые магнонами. Направление вращения певца может влиять на направление его соседа, влияя на вращение его соседа и т. д., что приводит к тому, что известно как спиновые волны. Возможно, информация передается через спиновые волны более эффективно, чем через электричество, а магнетоны могут действовать как «квантовые связи», которые «склеивают» квантовые биты вместе в мощных компьютерах.

Магноны обладают огромным потенциалом, но их часто трудно обнаружить без огромного лабораторного оборудования. Такие настройки хороши для экспериментов, но не для разработки устройств, таких как магнитные устройства и так называемый исследователь Колумбийского университета Сяоян Чжу, сказал исследователь Колумбийского университета. Спентроникс. Зрение магноны Однако это можно сделать намного проще с помощью подходящего материала: магнитного полупроводника, называемого бромидом сульфида хрома (CrSBr), который можно разделить на двумерные слои толщиной в атом, созданный в лаборатории профессора химии Ксавьера Роя.

В новой статье в вспыльчивый характери Чжу с сотрудниками из Колумбийского университета, Вашингтонского университета, Нью-Йоркского университета и Окриджской национальной лаборатории показали, что магноны в CrSBr могут спариваться с другими магнонами. получастица Он называется экситоном и излучает свет, предоставляя исследователям возможность «увидеть» вращающуюся квазичастицу.

Возмущая магнетоны светом, они наблюдали колебания экситонов в ближнем инфракрасном диапазоне, которые видны почти невооруженным глазом. «Впервые мы можем увидеть магноны с небольшим визуальным эффектом», — сказал Чжоу.

Первый автор Юн Джун (Юнис) Бай, научный сотрудник лаборатории Чу, сказал, что результаты можно рассматривать как квантовое преобразование или преобразование одного «кванта» энергии в другой. Энергия экситонов в четыре раза больше энергии магнонов; «Теперь, когда они так сильно связаны друг с другом, мы можем легко заметить небольшие изменения в магнонах», — объяснил Бай. Эта трансдукция может однажды позволить исследователям построить квантовые информационные сети, которые смогут получать информацию из спина. Квантовый бит— которые обычно должны быть размещены в пределах миллиметров друг от друга — и преобразованы в свет, форму энергии, которая может передавать информацию на сотни миль по оптическим волокнам.

Время консолидации — сколько времени колебания Это может продолжаться — это также было здорово, сказал Чжоу, продлившись намного дольше, чем ограничение эксперимента в пять наносекунд. Это явление может распространяться на более чем семь микрометров и сохраняться, даже когда устройства CrSBr состоят всего из двух тонких атомных слоев, что увеличивает возможность создания спинтронных наноустройств. Эти устройства однажды могут стать более эффективной альтернативой современной электронике. В отличие от электронов в полосе . электрический ток которые встречают сопротивление при движении, частицы на самом деле не движутся в спиновая волна.

Отсюда исследователи планируют изучить количественный информационный потенциал CrSBr, а также других материалов-кандидатов. «В MRSEC и EFRC мы изучаем квантовые свойства многих 2D-материалов, которые вы можете сложить, как бумагу, чтобы создать всевозможные новые физические явления», — сказал Чу.

Например, если магнон-экситон Связь можно найти в других типах магнитных полупроводников с немного отличными от CrSBr свойствами, и они могут излучать свет в более широком диапазоне цветов.

«Мы собираем набор инструментов для создания новых устройств с настраиваемыми функциями», — добавил Чу.