Toisin kuin muut yleiset aaltotyypit (esim. sähkömagneettiset tai ääni), spinaaltojen vuorovaikutus magneettisissa materiaaleissa on luonnostaan epälineaarinen johtuen dipolaarisista kytkentävaikutuksista. Spin on elektronien sisäinen kulmamomentti, joka tuottaa magneettisen momentin. Näiden magneettisten momenttien yhdistäminen luo magnetismi joita voidaan viime kädessä käyttää tietojenkäsittelyssä.
Magneettikenttäpulssi voi paikallisesti herättää nämä toisiinsa liittyvät magneettiset momentit, mikä voi aiheuttaa dynamiikan etenemisen materiaalin poikki aaltojen tavoin. Näitä kutsutaan magnoneiksi tai spinaalloiksi.
Ryhmä fyysikoita Martin Lutherin yliopisto Halle-Wittenberg (MLU) on tuottanut uudentyyppisen spinaallon, joka käyttää vuorottelevia kiinteitä magneettikenttiä. Lisäksi ne tarjoavat ensimmäiset mikroskooppiset kuvat näistä spin aallot.
Professori Georg Woltersdorf MLU:n fysiikan instituutista sanoi: ”Tavallisesti magnonien epälineaarinen heräte tuottaa lähtötaajuuden kokonaislukuja – 1,000 megahertsistä tulee esimerkiksi 2,000 tai 3,000. Toistaiseksi on vain teoreettisesti ennustettu, että epälineaariset prosessit voivat tuottaa spinaaltoja viritystaajuuden korkeammilla puolikokonaislukukerroilla.
Kuva: Dreyer et al, Nature Communications (CC-BY-SA 4.0)
Ryhmä on nyt osoittanut olosuhteet, joita tarvitaan näiden aaltojen tuottamiseksi ja niiden vaiheen hallitsemiseksi. Vaihe on tapa, jolla aalto värähtelee tietyllä hetkellä.
Woltersdorf sanoi, "Olemme ensimmäiset, jotka vahvistavat nämä herätteet kokeissa ja olemme jopa pystyneet kartoittamaan ne."
"Aallot voidaan tuottaa kahdessa stabiilissa vaihetilassa, mikä tarkoittaa, että tätä löytöä voitaisiin mahdollisesti käyttää tietojenkäsittelysovelluksissa, koska esimerkiksi tietokoneet käyttävät myös binäärijärjestelmää."
Lehden viite:
- Dreyer R. et ai. Epälineaaristen spinaaltojen kuvantaminen ja vaihelukitus. Luonto Viestintä (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32224-0
