Tutkijat kesyttävät fotoni-magnoni -vuorovaikutuksen

Viritetyt fotoni-magnoni vuorovaikutukset. Purppuranvaipan kummallakin puolella erottuvat tummemmat viivat, jotka leikkaavat ylhäältä, osoittavat viritettävän fotoni-magnoni-kytkennän.

Työskentelemällä Chicagon yliopiston teoreetikkojen kanssa Argonne National Laboratoryn tutkijat ovat saavuttaneet tieteellisen hallinnan, joka on ensimmäinen laatuaan. He osoittivat uuden lähestymistavan, joka mahdollistaa mikroaaltofotonien ja magnonien välisen vuorovaikutuksen reaaliaikaisen hallinnan, mikä saattaa tuottaa edistystä elektronisten laitteiden ja kvanttisignaalin käsittelyssä.

Mikroaaltofotonit ovat alkeishiukkasia, joita muodostavat langattomassa viestinnässä käytetyt sähkömagneettiset aallot. Toisaalta, magnonit ovat alkeishiukkasia, joita muodostavat spinaallot eli aaltomaiset häiriöt mikroskooppisesti linjattujen spinien ryhmässä, joita voi esiintyä tietyissä magneettisia materiaaleissa.

Mikroaaltofotonien ja magnonien vuorovaikutus on tullut viime vuosina lupaavaksi alustaksi sekä klassiselle että kvanttitiedonkäsittelylle. Silti tämä vuorovaikutus on osoittautunut mahdottomaksi manipuloitavaksi reaaliajassa tähän asti.

"Ennen löytöämme fotoni-magnoni-vuorovaikutuksen hallinta oli kuin nuolen ampuminen ilmaan", sanoo Xufeng Zhang Argonen Center for Nanoscale Materialsilta ja tämän työn vastaava kirjoittaja.” Nuolen lentoa ei voi hallita lennon aikana.Ryhmän löytö on muuttanut sitä. ”Nyt se on enemmän kuin lentävä drone, jota voimme ohjata ja hallita sen lennon aikana sähköisesti”.

Älykkään tekniikan avulla joukkue käyttää sähköistä signaalia muuttaakseen ajoittain magnonin värähtelytaajuutta ja aiheuttaen siten tehokkaan magnoni-fotoni-vuorovaikutuksen. Tuloksena on kaikkien aikojen ensimmäinen mikroaalto-magneettinen laite, joka voidaan säätää tarvittaessa.

Tutkimuslaite voi hallita fotoni-magnoni-vuorovaikutuksen voimakkuutta missä tahansa vaiheessa, kun informaatiota siirretään fotonien ja magnonien välillä. Se voi jopa kytkeä vuorovaikutuksen kokonaan päälle ja pois. Tämän virityskyvyn avulla tutkijat voivat käsitellä ja manipuloida informaatiota tavoilla, jotka ylittävät huomattavasti nykyiset hybridit magoniset laitteet.

"Tutkijat ovat etsineet tapaa hallita tätä vuorovaikutusta viime vuosina", toteaa Zhang. Tiimin löytö avaa uuden suunnan magnonipohjaiselle signaalinkäsittelylle ja sen pitäisi johtaa elektronisiin laitteisiin, joilla on uusia ominaisuuksia. Se voi myös mahdollistaa tärkeät sovellukset kvanttisignaalinkäsittelyyn, jossa mikroaalto-magnonisia vuorovaikutuksia tutkitaan lupaavana ehdokkaana informaation siirtämiseksi eri kvanttijärjestelmien välillä.

Aiheesta aiemmin:

Integroitu piiri magnoneilla

Magnon-kytkin teollisesti hyödyllisillä ominaisuuksilla

Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja