Tutti i magneti, dai semplici souvenir appesi al frigorifero ai dischi che danno memoria al computer alle potenti versioni utilizzate nei laboratori di ricerca, contengono quasiparticelle rotanti chiamate magnon. La direzione di rotazione di un Magnon può influenzare quella del suo vicino, che influenza la rotazione del suo vicino, e così via, producendo quelle che sono note come onde di rotazione. Le informazioni possono potenzialmente essere trasmesse tramite onde di spin in modo più efficiente rispetto all'elettricità e i magnon possono fungere da "interconnessioni quantistiche" che "incollano" bit quantistici insieme in potenti computer.

I Magnon hanno un potenziale enorme, ma sono spesso difficili da rilevare senza ingombranti apparecchiature di laboratorio. Tali configurazioni vanno bene per condurre esperimenti, ma non per sviluppare dispositivi, ha affermato il ricercatore della Columbia Xiaoyang Zhu, come i dispositivi magnonici e la cosiddetta spintronica. Vedere i magnon può essere reso molto più semplice, tuttavia, con il materiale giusto:un semiconduttore magnetico chiamato bromuro di solfuro di cromo (CrSBr) che può essere sbucciato in strati 2D sottilissimi, sintetizzati nel laboratorio del professor Xavier Roy del Dipartimento di Chimica.

In un nuovo articolo su Natura , Zhu e collaboratori della Columbia, dell'Università di Washington, della New York University e dell'Oak Ridge National Laboratory mostrano che i magnoni in CrSBr possono accoppiarsi con un'altra quasiparticella chiamata eccitone, che emette luce, offrendo ai ricercatori un mezzo per "vedere" il quasiparticella rotante.

Mentre perturbavano i magnon con la luce, osservarono oscillazioni degli eccitoni nella gamma del vicino infrarosso, che è quasi visibile ad occhio nudo. "Per la prima volta, possiamo vedere i magnon con un semplice effetto ottico", ha detto Zhu.

I risultati possono essere visti come trasduzione quantistica, o la conversione di un "quanta" di energia in un altro, ha detto il primo autore Youn Jun (Eunice) Bae, un postdottorato nel laboratorio di Zhu. L'energia degli eccitoni è quattro ordini di grandezza maggiore di quella dei magnoni; ora, poiché si accoppiano così fortemente, possiamo facilmente osservare piccoli cambiamenti nei magnon, ha spiegato Bae. Questa trasduzione potrebbe un giorno consentire ai ricercatori di costruire reti di informazioni quantistiche in grado di prendere informazioni da bit quantistici basati su spin, che generalmente devono essere posizionati entro millimetri l'uno dall'altro, e convertirli in luce, una forma di energia in grado di trasferire le informazioni verso l'alto a centinaia di miglia tramite fibre ottiche

Anche il tempo di coerenza, quanto a lungo possono durare le oscillazioni, è stato notevole, ha detto Zhu, durando molto più a lungo del limite di cinque nanosecondi dell'esperimento. Il fenomeno potrebbe viaggiare per oltre sette micrometri e persistere anche quando i dispositivi CrSBr fossero costituiti da soli due strati sottilissimi di un atomo, aumentando la possibilità di costruire dispositivi spintronici su nanoscala. Questi dispositivi potrebbero un giorno essere alternative più efficienti all'elettronica di oggi. A differenza degli elettroni in una corrente elettrica che incontrano resistenza mentre viaggiano, nessuna particella si muove effettivamente in un'onda di rotazione.

Da qui, i ricercatori hanno in programma di esplorare il potenziale di informazioni quantistiche di CrSBr, così come altri candidati materiali. "Nell'MRSEC e nell'EFRC, stiamo esplorando le proprietà quantistiche di diversi materiali 2D che puoi impilare come fogli per creare tutti i tipi di nuovi fenomeni fisici", ha affermato Zhu.

Ad esempio, se l'accoppiamento Magnon-Eccitone può essere trovato in altri tipi di semiconduttori magnetici con proprietà leggermente diverse da CrSBr, potrebbero emettere luce in una gamma più ampia di colori.

"Stiamo assemblando la cassetta degli attrezzi per costruire nuovi dispositivi con proprietà personalizzabili", ha aggiunto Zhu. + Esplora ulteriormente

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