Shkencëtarët shohin rrotullime në një magnet 2D

Të gjithë magnetët – nga suvenirët e thjeshtë që varen në frigorifer deri te disqet që japin kujtesën e kompjuterit tuaj e deri te versionet e fuqishme të përdorura në laboratorët e kërkimit – përmbajnë kuazigrimca rrotulluese të quajtura magnone. Drejtimi i rrotullimit të një magnon mund të ndikojë në atë të fqinjit të tij, i cili ndikon në rrotullimin e fqinjit të tij, e kështu me radhë, duke dhënë ato që njihen si valë rrotulluese. Informacioni potencialisht mund të transmetohet nëpërmjet valëve rrotulluese në mënyrë më efikase sesa me energjinë elektrike, dhe magnonet mund të shërbejnë si “ndërlidhje kuantike” që “ngjisin” pjesët kuantike së bashku në kompjuterë të fuqishëm.

Magnonët kanë potencial të madh, por shpesh janë të vështira për t’u zbuluar pa pjesë të mëdha të pajisjeve laboratorike. Instalime të tilla janë të mira për kryerjen e eksperimenteve, por jo për zhvillimin e pajisjeve, tha studiuesi i Kolumbisë, Xiaoyang Zhu, të tilla si pajisjet magnonike dhe të ashtuquajturat spintronika. Shikimi i magnoneve mund të bëhet shumë më i thjeshtë, megjithatë, me materialin e duhur: një gjysmëpërçues magnetik i quajtur bromidi i sulfurit të kromit (CrSBr) që mund të qërohet në shtresa të holla si atomi, 2D, të sintetizuara në laboratorin e profesorit të Kimisë Xavier Roy.

Në një artikull të ri në Nature, Zhu dhe bashkëpunëtorët në Columbia, Universiteti i Uashingtonit, Universiteti i Nju Jorkut dhe Laboratori Kombëtar Oak Ridge tregojnë se magnonët në CrSBr mund të çiftëzohen me një kuazigrimcë tjetër të quajtur eksiton, e cila lëshon dritë, duke u ofruar studiuesve një do të thotë të “shohësh” kuazigrimcën rrotulluese.

Ndërsa shqetësonin magnonët me dritë, ata vëzhguan lëkundjet nga eksitonet në rrezen afër infra të kuqe, e cila është pothuajse e dukshme me sy të lirë. “Për herë të parë, ne mund të shohim magnonë me një efekt të thjeshtë optik,” tha Zhu.

Rezultatet mund të shihen si transduksion kuantik, ose shndërrim i një “kuante” të energjisë në një tjetër, tha autori i parë Youn Jun (Eunice) Bae, një postdoktor në laboratorin e Zhu. Energjia e eksitoneve është katër rend magnitudë më e madhe se ajo e magnoneve; tani, për shkak se ato çiftëzohen së bashku kaq fort, ne mund të vëzhgojmë lehtësisht ndryshime të vogla në magnonë, shpjegoi Bae. Ky transduksion një ditë mund t’u mundësojë studiuesve të ndërtojnë rrjete informacioni kuantik që mund të marrin informacion nga bitet kuantike të bazuara në spin – të cilat përgjithësisht duhet të vendosen brenda milimetrave nga njëri-tjetri – dhe ta shndërrojnë atë në dritë, një formë energjie që mund të transferojë informacionin lart. deri në qindra milje nëpërmjet fibrave optike

Koha e koherencës – sa kohë mund të zgjasin lëkundjet – ishte gjithashtu e jashtëzakonshme, tha Zhu, duke zgjatur shumë më gjatë se kufiri prej pesë nanosekondash i eksperimentit. Fenomeni mund të udhëtojë mbi shtatë mikrometra dhe të vazhdojë edhe kur pajisjet CrSBr ishin bërë nga vetëm dy shtresa të holla si atomi, duke rritur mundësinë e ndërtimit të pajisjeve spintronike në shkallë nano. Këto pajisje një ditë mund të jenë alternativa më efikase ndaj elektronikës së sotme. Ndryshe nga elektronet në një rrymë elektrike që hasin rezistencë ndërsa udhëtojnë, asnjë grimcë nuk lëviz në të vërtetë në një valë rrotulluese.

Nga këtu, studiuesit planifikojnë të eksplorojnë potencialin kuantik të informacionit të CrSBr, si dhe kandidatë të tjerë materialë. “Në MRSEC dhe EFRC, ne po eksplorojmë vetitë kuantike të disa materialeve 2D që mund t’i grumbulloni si letra për të krijuar të gjitha llojet e fenomeneve të reja fizike,” tha Zhu.

Për shembull, nëse bashkimi magnon-ekksiton mund të gjendet në lloje të tjera gjysmëpërçuesish magnetikë me veti pak më të ndryshme se CrSBr, ata mund të lëshojnë dritë në një gamë më të gjerë ngjyrash.

“Ne po montojmë kutinë e veglave për të ndërtuar pajisje të reja me veti të personalizueshme,” shtoi Zhu.