Дата публикации:

Управление спином в антиферромагнитных изоляторах

Исследователи из Мюнхенского технического университета (TUM), Баварской академии наук и гуманитарных наук и Норвежского научно-технического университета (NTNU) в Тронхейме открыли новый метод управления спином, переносимым квантованными спин-волновыми возбуждениями в антиферромагнитных изоляторах.

Элементарные частицы несут собственный угловой момент, известный как их спин. Для электрона спин может принимать только два конкретных значения относительно оси квантования, что позволяет нам обозначать их как электроны со спином вверх и вниз. Эта внутренняя двузначность электронного спина лежит в основе многих увлекательных эффектов в физике.

В современных информационных технологиях спин электрона и связанный с ним магнитный момент используются в приложениях для хранения и считывания информации с магнитных носителей, таких как жесткие диски и магнитные ленты.

И носители информации, и датчики считывания используют ферромагнитно упорядоченные материалы, в которых все магнитные моменты ориентированы параллельно. Однако моменты могут сориентироваться более сложным образом. В антиферромагнетиках, «антагонистах ферромагнетика», соседние моменты выстраиваются антипараллельно. Хотя эти системы снаружи выглядят «немагнитными», они привлекли широкое внимание, поскольку обещают устойчивость к внешним магнитным полям и более быстрое управление. Таким образом, они считаются новичками в области приложений в области магнитных хранилищ и нетрадиционных вычислений.

Одним из важных вопросов в этом контексте является то, может ли и как информация передаваться и обнаруживаться в антиферромагнетиках. В этом отношении исследователи из Баварской академии наук и гуманитарных наук, Технического университета Мюнхена (TUM) и Норвежского университета науки и технологий (NTNU) в Тронхейме изучали антиферромагнитный изолятор гематит.

В этой системе отсутствуют носители заряда, и поэтому она представляет собой особенно интересный испытательный стенд для исследования новых приложений, в которых одна цель — избежать рассеяния за счет конечного электрического сопротивления. Ученые открыли новый эффект, уникальный для транспорта антиферромагнитных возбуждений, который открывает новые возможности обработки информации с помощью антиферромагентов.

Доктор Маттиас Альтхаммер, ведущий исследователь проекта, описывает эффект следующим образом: «В антиферромагнитной фазе соседние спины выровнены антипараллельно. Однако есть квантованные возбуждения, называемые магнонами. Они несут информацию, закодированную в их спине, и могут распространяться в системе. Из-за двух антипараллельно связанных спиновых разновидностей в антиферромагнетике возбуждение имеет сложную природу, однако его свойства могут быть выражены в эффективном спине, псевдоспине. Мы могли бы экспериментально продемонстрировать, что мы можем управлять этим псевдоспином и его распространением с помощью магнитного поля ».

Д-р Акашдип Камра, ведущий теоретик из NTNU в Тронхейме, добавляет, что «это отображение возбуждений антиферромагнетика на псевдоспин позволяет понять и применить мощный подход, который стал решающей основой для изучения явлений переноса в электронных системах. В нашем случае это позволяет нам гораздо проще описывать динамику системы, но при этом сохранять полное количественное описание системы. Самое главное, эксперименты обеспечивают доказательство концепции псевдоспина, концепции, которая тесно связана с фундаментальной квантовой механикой ».

Эта первая экспериментальная демонстрация динамики псевдоспина магнонов в антиферромагнитном изоляторе не только подтверждает теоретические предположения о переносе магнонов в антиферромагнетиках, но также обеспечивает экспериментальную платформу для расширения в сторону явлений, вдохновленных электроникой.

«Возможно, мы сможем реализовать новые увлекательные вещи, такие как магнонный аналог топологического изолятора в антиферромагнитных материалах», — отмечает Рудольф Гросс, директор Института Вальтера-Мейснера, профессор технической физики (E23) в Техническом университете Мюнхена. и со-спикер MCQST. «Наша работа открывает захватывающие перспективы для квантовых приложений на основе магнонов в антиферромагнетиках»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *