Tutkijat löysivät koherentteja ferroneja

Nature Materials -lehdessä toukokuussa julkaistussa tutkimuksessa Columbian yliopiston kemisti Xiaoyang Zhun johtama tutkijaryhmä on yhteistyössä kolumbialaisten kumppaneiden kanssa havainnut ensimmäistä kertaa koherentteja ferroneja.

Ferronit ovat elektronisia kvasihiukkasia, joiden olemassaoloa on ennustettu 1960-luvulta lähtien ja jotka kuljettavat polarisaatiota. Columbian postdoc-tutkijoiden vetämän ryhmän nyt havaitsema värähtelevä polarisaatioaalto edustaa uudenlaista informaation kantajaa, joka voisi osoittautua paljon nopeammaksi kuin perinteinen elektroniikka.

Ferrosähköisissä materiaaleissa yksikkösolujen dipolimomentit asettuvat linjaan ja polarisoituvat. Näiden dipolien kollektiivinen viritys luo ferronikvasihiukkasen, jolla on luontainen dipolimomentti. Tämä tarkoittaa, että jokaisen pienen hiukkasen toinen puoli on hieman negatiivisemmin varautunut kuin toinen. Ferronit ovat samanlaisia kuin toinen kvasihiukkanen, joka on kiinnostanut tutkijoita viime vuosina: magnonit, jotka kuljettavat spiniä.

”Ferronit ovat käsitteellisesti magnonien sähköisiä vastineita”, Choe sanoi. ”Jos magnonit voivat levitä materiaalin läpi, miksi eivät ferronit?”

Ja todellakin ne voivat. Spektroskooppisia tekniikoita käyttäen Choe havaitsi, että ferronit voivat yhdessä liikkua koherenttina aaltona hypersoonisilla nopeuksilla materiaalin poikki ja samalla emittoida THz-säteilyä.

Yhteistyökumppani Milan Delorin laboratoriossa jatko-opiskelija Andre Liston kuvasi suoraan koherenttien ferronien nopeaa etenemistä stroboSCAT-mikroskopialla. "Tämä on erittäin kattava osoitus siitä, miten koherentit ferronit käyttäytyvät 2D-ferrosähköisissä materiaaleissa", Choe sanoi.

Samoin kuin magnoneilla on kasvava merkitys sekä klassisille että kvanttimuistimuodoille, koherentit ferronit ovat lupaavia informaation kantajia.

Esimerkiksi tutkimuksessa tutkimusryhmä loi THz-taajuisia ferroneja, joita odotetaan seuraavan sukupolven nopealta tietoliikenteeltä. THz-aaltojen äärimmäinen rajoittaminen näissä materiaaleissa voi löytää laajan valikoiman sovelluksia, erityisesti 6G-tietoliikenneteknologioissa. Ja pienen kokonsa ansiosta NbOI2:n integrointi siruteknologioihin pitäisi olla myös suoraviivaista.

”Tämä on ferroniikan jännittävä alku”, Handa sanoi. ”Olemme innoissamme voidessamme nyt syventää ymmärrystämme ferroneista ja niiden perusominaisuuksista sekä rakentaa perustaa tulevaisuuden teknologioille.”

Tutkimusjulkaisu: Observation of coherent ferron emission and propagation