Un team di ricercatori dell'Università di Utrecht, l'Università norvegese di scienza e tecnologia e l'Università di Costanza hanno recentemente proposto un nuovo metodo per determinare la coerenza magnon nei dispositivi a stato solido. Il loro studio, delineato in un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , mostra che le correlazioni incrociate di correnti di spin pure iniettate da un ferromagnete in due conduttori metallici normalizzati dal loro valore dc replicano il comportamento della funzione di coerenza ottica del secondo ordine, indicato come g ⁽²⁾ , quando i magnon sono spinti lontano dall'equilibrio.

"Considera una stanza grande piena di gente che fa una festa, "Akash Kamra, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Queste persone possono comportarsi come in un night club, urtandosi in modo scoordinato e con movimenti caotici, o la gente del partito potrebbe essere diretta da un ospite comune, come ad una festa di matrimonio. Una tale folla "condensata" di persone si muove rapidamente senza urtarsi l'una contro l'altra".

Kamra traccia un'analogia tra le situazioni di festa che ha descritto e i magnon, particelle quantistiche che corrispondono a una specifica diminuzione della forza magnetica, viaggiando come un'unità attraverso una sostanza magnetica. Nella sua analogia, si verificherebbe una "partita" non coordinata se i magnon fossero in uno stato "termico", mentre uno coordinato se sono in uno stato "coerente" o "condensato". Il movimento coordinato degli ospiti nel secondo tipo di festa, d'altra parte, corrisponderebbe ad un flusso superfluido, che è una manifestazione di uno stato notevole della materia:il condensato.

"Per diverse ragioni scientifiche e tecnologiche fondamentali, il condensato di Magnon è un'entità intrigante e preziosa, e la principale svolta del nostro articolo è che proponiamo un metodo per rilevarlo in modo inequivocabile, " disse Kamra.

Se si aprissero due porte di una grande stanza contenente un sacco di persone e si tenesse traccia di quante persone escono dalla stanza attraverso ciascuna porta entro una determinata finestra temporale, sarebbe in grado di identificare in che stato si trovano queste persone. In altre parole, confrontando le statistiche delle persone che escono da entrambe le porte, si sarebbe in grado di determinare se le persone si comportano in modo scoordinato o coordinato.

"In modo sorprendente e controintuitivo, questo non si può ottenere con una porta, " ha spiegato Kamra. "È qui che l'analogia tra i magnon (le particelle quantistiche delle onde di spin nei magneti) e le persone non è necessariamente sufficiente:i magnon seguono le strane leggi del mondo quantistico e non obbediscono alle regole del nostro classico, regno di tutti i giorni".

Il lavoro di Kamra e dei suoi colleghi è stato ispirato da un classico esperimento con i fotoni, le particelle quantistiche che compongono la luce, in cui i fotoni dello stesso raggio di luce vengono rilevati in due posizioni diverse. Il confronto delle statistiche dei tempi di rilevamento per questi fotoni in due posizioni consente ai ricercatori di ottenere informazioni dirette sullo stato del raggio di luce (cioè identificare se è termico o coerente).

"Il nostro obiettivo era trovare e proporre un modo simile per rilevare se un fascio di Magnon è coerente o meno, " Ha detto Kamra. "Si tratta di un mezzo completamente diverso (un materiale magnetico per i magnon in contrasto con lo spazio libero per la luce), siamo riusciti a identificare un modo sperimentalmente fattibile per ottenere questo rilevamento della coerenza magnonica tramite la misurazione delle correlazioni incrociate della corrente di spin".

I ricercatori suggeriscono di interfacciare uno strato magnetico, che ospita magnon, con due distinti conduttori metallici non magnetici. I magnon iniettano corrente di spin in entrambi i cavi metallici, che può essere rilevato tramite l'associato, corrente di carica mediata dall'effetto Hall di spin inverso.

"Suggeriamo di misurare le correnti di spin cc nei due conduttori oltre alla correlazione incrociata delle due correnti di spin, " Ha detto Kamra. "Un rapporto della correlazione incrociata al prodotto delle due correnti di spin risulta essere 1 per un sistema Magnon perfettamente coerente. Quando il rapporto si discosta da 1, serve come misura e permette di quantificare la coerenza nel sistema magnon."

La scoperta più importante raccolta da Kamra e dai suoi colleghi è che il meccanismo e il metodo consolidati per rilevare la coerenza di un raggio di luce funzionano effettivamente per particelle quantistiche completamente diverse, come i magnon, anche. Quando si applica questo metodo ai magnon, però, va considerato il fatto che i sistemi che ospitano queste particelle sono solitamente molto piccoli (lunghezza meno di un millimetro) rispetto ai fasci di luce, che di solito si estendono per diversi metri o chilometri.

"Tenendo presente questa distinzione, abbiamo proposto un metodo per utilizzare le correlazioni incrociate della corrente di spin per il rilevamento della coerenza, " ha detto Kamra. "Il nostro lavoro dimostra anche che la stessa idea di correlazioni incrociate può essere utilizzata per misurare la coerenza per l'intera gamma di eccitazioni bosoniche, come fononi ed eccitoni, nei sistemi a stato solido, aprendo prospettive entusiasmanti per più comunità di ricerca".

I risultati raccolti dai ricercatori sono un contributo significativo alla magnonica quantistica, un campo di studio che cerca di esplorare e sfruttare la natura quantistica dei magnon. Il raggiungimento di un rilevamento così robusto della coerenza magnon è un grande passo avanti, in quanto potrebbe aprire la strada allo sviluppo di concetti e dispositivi basati su supercorrenti di spin e superfluidità.

"La nostra proposta attuale è semplicemente una prima piccola finestra nell'eccitante mondo della magnonica quantistica, " disse Kamra. "Questa finestra mostra come ottenere nei magneti ciò che è già stato ottenuto con la luce. Stiamo ora lavorando per esplorare ulteriormente il potenziale della tecnica della correlazione incrociata e indagare sui fenomeni che vanno oltre le proprietà bosoniche standard della luce".

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