Fotonit ja magnonit kaveraavat

Venäläisten NUST MISIS- ja MIPT-insituuttien tutkijoiden ryhmä on kehittänyt ja testannut uuden alustan erittäin vahvan fotoni-magnoni -kytkennän toteuttamiseksi. Ehdotettu järjestelmä perustuu ohutkalvoisiin heterorakenteisiin, joissa on suprajohtavia, ferromagneettisia ja eristäviä kerroksia.

Tämä löytö ratkaisee ongelman, joka on ollut useiden tutkimusryhmien asialistalla viimeiset 10 vuotta ja avaa nyt uusia mahdollisuuksia kvanttiteknologioiden toteuttamisessa.

Seuraava kriittinen vaihe kvanttiteollisuuden edistämiseksi vaatii tehokkaan tiedonvaihtomenetelmän erilaisten kvanttialustajärjestelmien välillä, jolloin voisi yhdistää eri kvanttitekniikoita kuten spinherätteisiin eli magnoneihin perustuvia muisteja ja mikroaalto-optisia kvanttimuuntimia.

Pahin rajoittava tekijä tällaisten järjestelmien kehittämisessä on heikko vuorovaikutus fotonien ja magnonien välillä. Ne ovat erikokoisia ja noudattavat erilaisia dispersiolakeja mikä vaikeuttaa huomattavasti vuorovaikutusta.

MIPT:n tutkijat onnistuivat nyt yhdessä eurooppalaisten kollegoidensa kanssa luomaan järjestelmän, jota voi kutsua erittäin vahvaksi fotoni-magnoni-kytkennäksi.

Vasily Stolyarov, MIPT:n suprajohtavien järjestelmien topologisten kvantti-ilmiöiden laboratorion johtaja, kommentoi: "Olemme luoneet kaksi alijärjestelmää. Yhden, joka on suprajohde/eriste/suprajohde ohutkalvoista, jossa fotonit hidastuvat ja niiden vaihenopeus pienenee. Toisen, joka on myös kerrostettu suprajohde/ferromagneettinen/suprajohde ohutkalvoista. Suprajohteiden läheisyys molemmissa rajapinnoissa parantaa kollektiivisia spin-ominaistaajuuksia. Erittäin vahva fotoni-magnoni -kytkentä saavutetaan vaimennetun fotonivaihenopeuden ansiosta sähkömagneettisessa osajärjestelmässä."

Suprajohteiden avulla tutkijat ovat pienentäneet merkittävästi sähkömagneettista resonaattoria. Tämä johti fotonien vaihenopeuden satakertaiseen pienenemiseen ja niiden vuorovaikutus magnonien kanssa lisääntyi useita kertoja."

Tämä löytö nopeuttaa hybridikvanttijärjestelmien toteutusta ja avaa uusia mahdollisuuksia suprajohtavassa spintroniikassa ja magnoniikassa.

Aiheesta aiemmin: Tutkijat kesyttävät fotoni-magnoni -vuorovaikutuksen