Ricercatori dell'Università della California, lungo il fiume, hanno utilizzato un antiferromagnete sintetico su nanoscala per controllare l'interazione tra i magnoni, una ricerca che potrebbe portare a computer più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico.

Nei ferromagneti, gli spin dell'elettrone puntano nella stessa direzione. Per rendere le future tecnologie informatiche più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico, la ricerca spintronica utilizza la dinamica di spin, le fluttuazioni degli spin degli elettroni, per elaborare le informazioni. Magnon, le unità quantomeccaniche delle fluttuazioni di spin, interagiscono tra loro, portando a caratteristiche non lineari della dinamica di spin. Tali non linearità giocano un ruolo centrale nella memoria magnetica, oscillatori di coppia di rotazione, e molte altre applicazioni spintroniche.

Per esempio, nel campo emergente delle reti neuromorfe magnetiche, una tecnologia che imita il cervello, le non linearità sono essenziali per sintonizzare la risposta dei neuroni magnetici. Anche, in un altro campo di ricerca di frontiera, la dinamica di spin non lineare può diventare strumentale.

"Prevediamo che i concetti di informazione quantistica e spintronica si consolidino in sistemi quantistici ibridi, " disse Igor Barsukov, un assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia che ha guidato lo studio che appare in Materiali applicati e interfacce . "Dovremo controllare la dinamica di spin non lineare a livello quantistico per ottenere la loro funzionalità".

Barsukov ha spiegato che nei nanomagneti, che fungono da elementi costitutivi per molte tecnologie spintroniche, magnon mostrano livelli di energia quantizzati. L'interazione tra i magnon segue determinate regole di simmetria. Il team di ricerca ha imparato a progettare l'interazione del magnon e ha identificato due approcci per ottenere la non linearità:rompere la simmetria della configurazione di spin del nanomagnete; e modificando la simmetria dei magnon. Hanno scelto il secondo approccio.

"Modificare la simmetria magnon è l'approccio più impegnativo ma anche più facile da usare, " disse Arezoo Etesamirad, il primo autore del documento di ricerca e uno studente laureato nel laboratorio di Barsukov.

Nel loro approccio, i ricercatori hanno sottoposto un nanomagnete a un campo magnetico che mostrava non uniformità su scale di lunghezza nanometriche caratteristiche. Questo stesso campo magnetico non uniforme su scala nanometrica doveva provenire da un altro oggetto su scala nanometrica.

Per una sorgente di un tale campo magnetico, i ricercatori hanno utilizzato un antiferromagnete sintetico su nanoscala, o SAF, costituito da due strati ferromagnetici con orientamento di spin antiparallelo. Nel suo stato normale, SAF non genera quasi nessun campo vagante:il campo magnetico che circonda il SAF, che è molto piccolo. Una volta che subisce la cosiddetta transizione spin-flop, gli spin diventano inclinati e il SAF genera un campo vagante con non uniformità su scala nanometrica, come necessario. I ricercatori hanno commutato il SAF dallo stato normale allo stato spin-flop in modo controllato per attivare e disattivare il campo di rottura della simmetria.

"Siamo stati in grado di manipolare il coefficiente di interazione Magnon di almeno un ordine di grandezza, " Ha detto Etesamirad. "Questo è un risultato molto promettente, che potrebbe essere utilizzato per progettare un accoppiamento Magnon coerente nei sistemi di informazione quantistica, creare stati dissipativi distinti nelle reti neuromorfe magnetiche, e controllare grandi regimi di eccitazione in dispositivi spin-torque."