Σε αντίθεση με άλλους κοινούς τύπους κυμάτων (π.χ. ηλεκτρομαγνητικά ή ηχητικά), η αλληλεπίδραση των κυμάτων σπιν σε μαγνητικά υλικά είναι εγγενώς μη γραμμική λόγω των φαινομένων διπολικής σύζευξης. Το Spin είναι η εγγενής γωνιακή ορμή των ηλεκτρονίων που παράγει μια μαγνητική ροπή. Η σύζευξη αυτών των μαγνητικών ροπών δημιουργεί το μαγνητισμός που θα μπορούσαν τελικά να χρησιμοποιηθούν στην επεξεργασία πληροφοριών.
Ένας παλμός μαγνητικού πεδίου μπορεί τοπικά να διεγείρει αυτές τις συνδεδεμένες μαγνητικές ροπές, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν τη διάδοση μιας δυναμικής στο υλικό όπως τα κύματα. Αυτά είναι γνωστά ως magnons ή spin waves.
Μια ομάδα φυσικών από Πανεπιστήμιο Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) έχει δημιουργήσει ένα νέο τύπο κυμάτων περιστροφής χρησιμοποιώντας εναλλασσόμενα στερεά μαγνητικά πεδία. Επιπλέον, παρέχουν τις πρώτες μικροσκοπικές εικόνες αυτών περιστροφικά κύματα.
Ο καθηγητής Georg Woltersdorf από το Ινστιτούτο Φυσικής στο MLU είπε, «Κανονικά, η μη γραμμική διέγερση των μαγνονίων παράγει ακέραιους αριθμούς της συχνότητας εξόδου – τα 1,000 megahertz γίνονται 2,000 ή 3,000, για παράδειγμα. Μέχρι στιγμής, είχε προβλεφθεί μόνο θεωρητικά ότι οι μη γραμμικές διεργασίες μπορούν να δημιουργήσουν κύματα σπιν σε υψηλότερα μισά ακέραια πολλαπλάσια της συχνότητας διέγερσης».
Φωτογραφία: Dreyer et al, Nature Communications (CC-BY-SA 4.0)
Η ομάδα έχει πλέον αποδείξει τις συνθήκες που απαιτούνται για την παραγωγή αυτών των κυμάτων και τον έλεγχο της φάσης τους. Φάση είναι ο τρόπος με τον οποίο ένα κύμα ταλαντώνεται σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή.
Woltersdorf είπε, «Είμαστε οι πρώτοι που επιβεβαιώσαμε αυτές τις διεγέρσεις σε πειράματα και μπορέσαμε ακόμη και να τις χαρτογραφήσουμε».
«Τα κύματα μπορούν να δημιουργηθούν σε δύο σταθερές καταστάσεις φάσης, πράγμα που σημαίνει ότι αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές επεξεργασίας δεδομένων, καθώς οι υπολογιστές, για παράδειγμα, χρησιμοποιούν επίσης ένα δυαδικό σύστημα».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Dreyer R. et al. Απεικόνιση και κλείδωμα φάσης μη γραμμικών κυμάτων σπιν. Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32224-0
