Fononit ja magnonit kaveraavat

(17.4.2024) Japanilaisen RIKEN tutkimusorganisaation tutkijat ovat luoneet "leikkausääniaaltoja", jotka tarjoavat taikuuden ultraäänen ja magneettisten aaltojen yhdistämiseen

Toisin sanoen he ovat luoneet vahvan kytkennän kahden aaltomuodon – magnonien ja fononien – välille ohuessa kalvossa.

Tärkeää on, että he saavuttivat tämän huoneenlämmössä, mikä avaa tietä hybridiaaltopohjaisten laitteiden kehittämiseen. Sellaisissa informaatiota voidaan tallentaa ja käsitellä monin eri tavoin.

Nykytekniikan perustan eli elektronien liikkumisnopeudella on rajansa, ja niiden liike tuottaa lämpö- ja energiahäviöitä.

Siksi nämäkin tutkijat työskentelevät kehittääkseen laitteita, jotka hyödyntävät aallon kaltaisia energiamuotoja, kuten ääntä, valoa ja spiniä, koska ne voivat mahdollisesti johtaa vähemmän häviöllisten laitteiden luomiseen.

Uudessa työssään tutkijat tarkastelivat kahta aallon kaltaista muotoa: magnoneja – kvasihiukkasia, jotka edustavat spinien kollektiivista viritystä, magneettista ominaisuutta sekä fononeja – akustista ilmiötä, joka tässä tapauksessa tehtiin pinta-aaltoina jotka etenevät kalvoa pitkin.

Rikenin kuten muutkin tutkijat arvioivat, että ultraäänen ja magneettien yhdistäminen voi johtaa suuriin harppauksiin informaation- ja viestintätekniikassa. Kun nämä kaksi tilaa toimivat hyvin tiiviisti yhdessä, syntyy uudenlainen hybriditila, ja tutkijat uskovat, että tämä avaa oven jännittävälle edistykselle informaationkäsittelyssä.

Ongelmana on ollut, että pintojen säännölliset ääniaallot eivät liity hyvin magneetteihin. Tiimi pystyi nyt murtamaan tämän ongelman käyttämällä leikkausääniaaltoja, jotka sopivat paremmin magneeteille.

Avainelementti oli nanorakenteinen pinta-akustisen aallon (SAW) resonaattori. Se rajoittaa ultraääniaallot tiettyyn kohtaan ja tehostaa leikkausääniaaltoja, mikä mahdollistaa voimakkaan kytkennän pintaääniaaltojen ja resonaattorin magneettien välillä. Näin onnistuttiin saavuttamaan vahva magneetti-äänikytkentä Co20Fe60B20-kalvolla huonelämpötilassa.

Jorge Puebla, toinen tutkimuksen kirjoittaja, sanoo: "Erityisesti uskomme, että työmme edistää koherentisti kytkettyjen magnoni-fononi-kvasihiukkasten tutkimusta, mikä voisi auttaa kehittämään suhteellisen pienillä häviöillä toimivia hybridiaaltopohjaisia tietojenkäsittelylaitteita. Tämän lisäksi näköpiirissä on kaksi kiehtovaa tietä: laitteidemme kehitys voi johtaa meidät erittäin vahvaan kytkentäjärjestelmään, joka on vielä täysin tutkimaton sekä vaihtoehtona suorittaa samanlaisia kokeita erittäin alhaisissa lämpötiloissa, jolloin meillä on potentiaalia tutkia kvantti-ilmiöitä."

Aiheesta aiemmin:

Säteenjakaja fononeille

Topologinen akustinen aaltoputki

Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri