Kuinka kouluttaa magneetti

Tutkijat voivat oppia paljon kvanttimateriaalista tarkkailemalla, miten se reagoi valoon. Magneettisissa puolijohteissa yksi erityisen hyödyllinen viestinviejä on eksitoni: negatiivisesti varautuneen elektronin ja sen jälkeensä jättämän positiivisesti varautuneen aukon pari.

Tähän asti magneettisten materiaalien eksitoneja on käytetty enimmäkseen reporttereina. Ne ovat voineet paljastaa, miten spinit ovat järjestäytyneet tai miten magneettiset aallot liikkuvat materiaalin läpi. Cornellin tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että eksitonit voivat tehdä enemmän kuin vain havaita magnetismia. Ne voivat aktiivisesti ohjata sitä.

Nature Materials -lehdessä julkaistussa artikkelissa ”Excitonic Spin Torque in a Magnetic Semiconductor” Youn Jue (Eunice) Bae ja hänen kollegansa raportoivat, että valon luomat eksitonit voivat aiheuttaa spin-vääntömomentin kaksiulotteisessa magneettisessa puolijohteessa, kromisulfidibromidissa eli CrSBr:ssä. Löydös vahvistaa eksitonien olevan uusi tapa ohjata magneettista liikettä valon avulla.

”Eksitonit ovat olleet erittäin hyödyllisiä magneettisten materiaalien spinien toiminnan tarkkailussa”, Bae sanoi. ”Osoitamme tässä, että eksitonit voivat myös vaikuttaa takaisin spineihin. Ne eivät ole vain tarkkailijoita; ne voivat auttaa magneettisen liikkeen ohjaamisessa.”

”Eksitonin tuottama vääntömomentti on erilainen kuin perinteiset vääntömomentit”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Nicholas Brennan yhdessä postdoc-tutkija Jiacheng Tangin kanssa. ”Se ei ole yksinkertainen lineaarinen vääntömomentti kuten vivun kääntäminen. Se on epälineaarinen; vääntömomentti muuttuu pyörimissuunnan mukaan.”

Tulevaisuutta ajatellen Bae sanoi, että eksitoninen spin-vääntömomentti voisi avata uusia suuntia optospintronisissa laitteissa, spintronisissa muisteissa ja kvanttitransduktiossa (kvantti-informaation muuntaminen yhdestä muodosta, kuten valosta, toiseen, kuten sähköisiin signaaleihin).

Brennan soveltaa konseptia myös neuromorfiseen laskentaan, aivojen inspiroimaan tiedonkäsittelymuotoon, NASA:n avaruusteknologian jatko-opintojen tutkimusmahdollisuuksien apurahan tuella.

”Aivojen neuronien ja hilan spinien välillä on mukava analogia”, Brennan sanoi. ”Siksi magneetit ovat houkutteleva alusta erityisesti koneoppimisalgoritmien toteuttamiselle.”

Aiheesta aiemmin:

Fasonien metsästystä

Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille

Magnoniikkaa kolmanteen ulottuvuuteen