In tegenstelling tot andere veelvoorkomende typen golven (bijv. elektromagnetisch of geluid), is de interactie van spingolven in magnetische materialen intrinsiek niet-lineair vanwege dipolaire koppelingseffecten. De spin is het intrinsieke impulsmoment van elektronen dat een magnetisch moment produceert. Door deze magnetische momenten te koppelen ontstaat de magnetisme die uiteindelijk kunnen worden gebruikt bij de informatieverwerking.
Een magnetische veldpuls kan deze gekoppelde magnetische momenten plaatselijk opwekken, waardoor een dynamiek zich als golven door het materiaal kan voortplanten. Deze staan bekend als magnons of spingolven.
Een team van natuurkundigen van Martin Luther Universiteit Halle-Wittenberg (MLU) heeft een nieuw type spingolf geproduceerd met behulp van wisselende vaste magnetische velden. Bovendien leveren ze de eerste microscopische beelden hiervan op spin golven.
Professor Georg Woltersdorf van het Institute of Physics aan de MLU zei: “Normaal gesproken produceert de niet-lineaire excitatie van magnons gehele getallen van de uitgangsfrequentie – 1,000 megahertz wordt bijvoorbeeld 2,000 of 3,000. Tot nu toe werd alleen theoretisch voorspeld dat niet-lineaire processen spingolven kunnen genereren bij hogere half-gehele veelvouden van de excitatiefrequentie."
Foto: Dreyer et al, Nature Communications (CC-BY-SA 4.0)
Het team heeft nu de omstandigheden aangetoond die nodig zijn om deze golven te produceren en hun fase te beheersen. Fase is de manier waarop een golf oscilleert op een bepaald moment in de tijd.
Woltersdorf zei, “We zijn de eersten die deze excitaties in experimenten hebben bevestigd en hebben ze zelfs in kaart kunnen brengen.”
"De golven kunnen in twee stabiele fasetoestanden worden gegenereerd, wat betekent dat deze ontdekking mogelijk kan worden gebruikt in gegevensverwerkingstoepassingen, omdat computers bijvoorbeeld ook een binair systeem gebruiken."
Journal Reference:
- Dreyer R. et al. Beeldvorming en fasevergrendeling van niet-lineaire spingolven. Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32224-0
