Lavorando con i teorici della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago, i ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno ottenuto un controllo scientifico unico nel suo genere. Hanno dimostrato un nuovo approccio che consente il controllo in tempo reale delle interazioni tra fotoni a microonde e magnoni, potenzialmente portando a progressi nei dispositivi elettronici e nell'elaborazione del segnale quantistico.

I fotoni a microonde sono particelle elementari che formano le onde elettromagnetiche che usiamo per le comunicazioni wireless. D'altra parte, I magnon sono le particelle elementari che formano quelle che gli scienziati chiamano "onde di spin", disturbi simili a onde in una serie ordinata di spin allineati microscopici che possono verificarsi in alcuni materiali magnetici.

L'interazione fotone-magnon a microonde è emersa negli ultimi anni come una piattaforma promettente per l'elaborazione delle informazioni sia classica che quantistica. Ancora, questa interazione si era rivelata impossibile da manipolare in tempo reale, fino ad ora.

"Prima della nostra scoperta, controllare l'interazione fotone-magnon era come scagliare una freccia in aria, " disse Xufeng Zhang, un assistente scienziato nel Center for Nanoscale Materials, una struttura per gli utenti DOE ad Argonne, e l'autore corrispondente di questo lavoro. "Non si ha alcun controllo su quella freccia una volta in volo."

La scoperta della squadra ha cambiato questo. "Ora, è più come pilotare un drone, dove possiamo guidare e controllare elettronicamente il suo volo, " disse Zhang.

Con l'ingegneria intelligente, il team utilizza un segnale elettrico per alterare periodicamente la frequenza vibratoria del magnon e quindi indurre un'interazione magnon-fotone efficace. Il risultato è un primo dispositivo microonde-magnonico con possibilità di sintonizzazione su richiesta.

Il dispositivo del team può controllare la forza dell'interazione fotone-magnon in qualsiasi momento mentre le informazioni vengono trasferite tra fotoni e magnoni. Può anche attivare e disattivare completamente l'interazione. Con questa capacità di sintonizzazione, gli scienziati possono elaborare e manipolare le informazioni in modi che superano di gran lunga i dispositivi magnonici ibridi odierni.

"Negli ultimi anni i ricercatori hanno cercato un modo per controllare questa interazione, " ha osservato Zhang. La scoperta del team apre una nuova direzione per l'elaborazione del segnale basata su Magnon e dovrebbe portare a dispositivi elettronici con nuove capacità. Potrebbe anche consentire importanti applicazioni per l'elaborazione del segnale quantistico, dove le interazioni microonde-magnoniche vengono esplorate come un candidato promettente per il trasferimento di informazioni tra diversi sistemi quantistici.

Il DOE Office of Basic Energy Sciences ha sostenuto questa ricerca, che è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica .