I ferromagneti Quantum Hall sono tra i magneti più puri al mondo e uno dei più difficili da studiare. Questi magneti 2-D possono essere realizzati solo a temperature inferiori a un grado sopra lo zero assoluto e in campi magnetici elevati, sulla scala di una risonanza magnetica.

Ma i ferromagneti della sala quantistica potrebbero potenzialmente fare cose davvero interessanti, come la superfluidità di spin dell'ospite, quale, come la superconduttività, consente di inviare segnali senza perdita di energia.

In un articolo recentemente pubblicato in Scienza , ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), sono stati in grado sia di eccitare che di rilevare le onde di spin in un ferromagnete quantistico di Hall, dimostrando una nuova piattaforma per studiare alcune delle possibilità di questo materiale promettente.

"Sebbene i ferromagneti di Hall quantistica siano stati studiati per quasi 40 anni, queste eccitazioni magnetiche sono state finora inaccessibili utilizzando schemi di misurazione tradizionali, " ha detto Amir Yacoby, Professore di Fisica e di Fisica Applicata presso SEAS e autore senior dell'articolo.

Yacoby e il suo team hanno usato il grafene come ferromagnete di Hall quantistica. Per eccitare un'onda di spin, i ricercatori hanno convertito un segnale elettrico in un segnale di spin creando un differenziale di tensione tra due bordi nel grafene. Gli elettroni nel "bordo caldo" (il bordo con tensione più alta) vogliono passare al "bordo freddo" (il bordo con tensione più bassa) ma per farlo, hanno bisogno di capovolgere il loro giro.

"Quando gli elettroni capovolgono il loro spin, emettono una sorta di slancio, chiamato momento angolare di spin, " ha detto Di Wei, uno studente laureato nello Yacoby Lab e primo autore del documento. "Quello slancio deve andare da qualche parte, e succede che il ferromagnete è lì per assorbirlo."

Questo slancio è come un sassolino caduto in uno stagno:dà il via a un'onda di rotazione, che si propaga come un gioco quantistico del telefono, ogni elettrone fermo e comunicante ruota con il suo vicino accoppiato.

Quando l'onda raggiunge l'altra sponda, si schianta contro gli elettroni sul bordo, trasferendo loro il suo momento e facendo in modo che gli elettroni capovolgano il loro spin. Quando lo spin dell'elettrone si capovolge, gli elettroni si spostano in diverse aree sul bordo, che viene poi rilevato come segnale elettrico dai ricercatori. Questa combinazione di spin con l'elettronica potrebbe avere un impatto importante su una vasta gamma di applicazioni, compresi i più piccoli, Più veloce, e computer più efficienti.

"La ricerca precedente ha dimostrato qualcosa di simile, in termini di utilizzo di un segnale elettrico per generare un'onda di spin, ma questa è la prima volta che il fenomeno viene mostrato in un sistema 2-D sintonizzato sul regime quantistico di Hall, " ha detto Wei. "Questo sistema ci permette anche di studiare aspetti eccitanti delle onde di spin, potenzialmente anche la superfluidità di rotazione."