برخلاف دیگر انواع رایج امواج (مثلاً الکترومغناطیسی یا صوت)، برهمکنش امواج اسپین در مواد مغناطیسی به دلیل اثرات جفت دوقطبی ذاتاً غیرخطی است. اسپین تکانه زاویه ای ذاتی الکترون ها است که یک گشتاور مغناطیسی تولید می کند. جفت شدن این گشتاورهای مغناطیسی ایجاد می کند مغناطیس که در نهایت می تواند در پردازش اطلاعات استفاده شود.
یک پالس میدان مغناطیسی می تواند به صورت محلی این ممان های مغناطیسی مرتبط را تحریک کند، که می تواند باعث انتشار یک دینامیک در سراسر ماده مانند امواج شود. این امواج به عنوان مگنون یا امواج اسپین شناخته می شوند.
تیمی از فیزیکدانان از دانشگاه مارتین لوتر هال ویتنبرگ (MLU) نوع جدیدی از موج اسپین را با استفاده از میدان های مغناطیسی جامد متناوب تولید کرده است. علاوه بر این، آنها اولین تصاویر میکروسکوپی از آنها را ارائه می دهند امواج چرخشی.
پروفسور گئورگ والترزدورف از موسسه فیزیک MLU گفت: «به طور معمول، تحریک غیر خطی مگنون ها اعداد صحیح فرکانس خروجی را تولید می کند – مثلاً 1,000 مگاهرتز به 2,000 یا 3,000 تبدیل می شود. تا کنون، فقط از نظر تئوری پیش‌بینی شده بود که فرآیندهای غیرخطی می‌توانند امواج اسپینی را در مضرب‌های نیمه صحیح بالاتر فرکانس تحریک ایجاد کنند.
عکس: Dreyer و همکاران، Nature Communications (CC-BY-SA 4.0)
این تیم اکنون شرایط لازم برای تولید این امواج و کنترل فاز آنها را نشان داده است. فاز روشی است که یک موج در یک لحظه خاص از زمان در حال نوسان است.
والترزدورف گفت:, ما اولین کسانی هستیم که این برانگیختگی‌ها را در آزمایش‌ها تأیید می‌کنیم و حتی توانسته‌ایم آنها را نقشه‌برداری کنیم.»
امواج را می توان در دو حالت فاز پایدار تولید کرد، به این معنی که این کشف به طور بالقوه می تواند در برنامه های کاربردی پردازش داده استفاده شود، زیرا کامپیوترها، برای مثال، از یک سیستم باینری نیز استفاده می کنند.
مرجع مجله:
- Dreyer R. et al. تصویربرداری و فاز قفل کردن امواج اسپین غیر خطی. طبیعت ارتباطات (2022) DOI: 10.1038/s41467-022-32224-0
