W przeciwieństwie do innych powszechnych rodzajów fal (np. elektromagnetycznych lub dźwiękowych), oddziaływanie fal spinowych w materiałach magnetycznych jest wewnętrznie nieliniowe ze względu na efekty sprzężenia dipolarnego. Spin to wewnętrzny moment pędu elektronów, który wytwarza moment magnetyczny. Sprzężenie tych momentów magnetycznych tworzy magnetyzm które mogą być ostatecznie wykorzystane w przetwarzaniu informacji.
Impuls pola magnetycznego może lokalnie wzbudzać te powiązane momenty magnetyczne, co może powodować propagację dynamiki w materiale jak fale. Są one znane jako magnons lub fale spinowe.
Zespół fizyków z Uniwersytet Martina Lutra w Halle-Wittenberdze (MLU) wytworzył nowy rodzaj fali spinowej, wykorzystując naprzemienne stałe pola magnetyczne. Co więcej, dostarczają pierwszych mikroskopijnych obrazów tych fale wirowe.
Profesor Georg Woltersdorf z Instytutu Fizyki MLU powiedział: „Normalnie nieliniowe wzbudzenie magnonów wytwarza liczby całkowite o częstotliwości wyjściowej – na przykład 1,000 megaherców staje się 2,000 lub 3,000. Do tej pory przewidywano tylko teoretycznie, że procesy nieliniowe mogą generować fale spinowe przy wyższych półcałkowitych wielokrotnościach częstotliwości wzbudzenia”.
Foto: Dreyer i in., Nature Communications (CC-BY-SA 4.0)
Zespół zademonstrował teraz okoliczności wymagane do wytworzenia tych fal i kontrolowania ich fazy. Faza to sposób, w jaki fala oscyluje w określonym momencie.
Woltersdorf powiedziany, „Jesteśmy pierwszymi, którzy potwierdzili te wzbudzenia w eksperymentach, a nawet byliśmy w stanie je zmapować”.
„Fale mogą być generowane w dwóch stabilnych stanach fazowych, co oznacza, że odkrycie to może być potencjalnie wykorzystane w aplikacjach przetwarzania danych, ponieważ na przykład komputery również używają systemu binarnego”.
Referencje czasopisma:
- Dreyer R. i in. Obrazowanie i synchronizacja faz nieliniowych fal spinowych. Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32224-0
