Magnonit synkronoituvat ulkoisten signaalien kanssa

Signaalit kulkevat erityyppisten aaltojen mukana: valon, äänen ja radion. Mutta uuden sukupolven laitteissa tarvitaan uusia kantoaaltoja informaation välittämiseen. Magneettisten materiaalien, magnonien, häiriöt tai aallot voisivat olla tehokas vaihtoehto – jos tieteilijät pystyvät kesyttämään ne.

Argonnen kansallisen laboratorion ja Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignin tutkijoiden johtama tutkimusryhmä on kehittänyt menetelmän spontaanien magnonien tuottamiseksi yttriumrautagranaatti (YIG) -materiaalissa, jota voidaan virittää ulkoiseen signaaliin.

Raportoidut tulokset luovat polun kohti ohjattavia magnoneja, jotka ovat merkityksellisiä seuraavan sukupolven mikroelektroniikassa, langattomassa viestinnässä ja kvantti-informaation prosessoinnissa.

Tutkijat tietävät, miten magneettisiin ohutkalvoihin luodaan magnoneja. Vähemmän tiedetään kuitenkin siitä, miten näistä värähtelyistä saadaan sekä spontaaneja eli itsestään jatkuvia että tasaisesti rytmisiä ulkoisen vihjeen mukaan. Vakaiden magnonien saavuttaminen tarkoittaa uutta tapaa välittää ja käsitellä informaatiota tavoilla, joihin muuntyyppiset aallot eivät pysty.

Tähän liittyvän tavoitteen saavuttamiseksi magnonit luodaan käyttämällä parametrista pumppaustekniikkaa.

Pumppausmenetelmä alkaa parilla mikroaaltoantennilla, jotka on asetettu YIG- ohutkalvolle, jonka paksuus on pari sataa nanometriä. Antennin pienet mitat mahdollistavat tutkijoiden spontaanien värähtelyjen syntymisen hallinnan äärimmäisen tarkasti.

Magnoneita säädetään sitten ulkoisella signaalilla, mikä johtaa vaihelukittuneeseen ilmiöön. Tämä tarkoittaa, että magnoni voi sopeutua ulkoiseen signaaliin.

” Parametrinen pumppaus luo yleensä kaoottisia aaltoliikkeitä, ja kaaosta on vaikea hyödyntää sovelluksissa”, sanoo Yi Li, Argonnen apulaistutkija ja yksi tutkimuksen johtavista kirjoittajista.” Menetelmällämme voimme luoda erittäin teräviä aaltoja, joita on erittäin helppo hallita.”

Nyt kun tiimi on osoittanut, että magnonit voivat lähettää ja vahvistaa signaaleja huoneenlämmössä, seuraava askel on integroida nämä ilmiöt kvanttirajalle.

” Olemme kiinnostuneita tutkimaan, miten tämä ilmiö voitaisiin yhdistää sirulle integroituun piiriin tai jopa kubittiin”, Li sanoi viitaten kvantti-informaation perusyksikköön.” Laajemmin ottaen tämä työ tarjoaa uuden tavan tuottaa ja ohjata koherentteja magnonsignaaleja, mikä voisi olla hyödyllistä pienitehoisessa mikroaaltosignaalien käsittelyssä ja tulevaisuuden laskenta-arkkitehtuureissa.”

Aiheesta aiemmin:

Spontaanin magnonkoherenssin osoittaminen huoneenlämmössä

Välitön taajuuden hyppy magneettisen värähtelyn avulla

Magnoniikkaa kolmanteen ulottuvuuteen