11原子検出器がスピン波を拾う

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ビデオ: 末岡研究室:原子・分子分解でのスピンイメージングを実現する 2022, 12月
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Anonim
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物理学者のグループが、わずか11個の原子で構成される小型のスピン波検出器を作成しました。開発した検出器は数秒のメモリを備えているため、走査型トンネル顕微鏡を使用した最新の測定方法と互換性があります。この作品は、Nature CommunicationsPhysics誌に掲載されました。

スピントロニクスデバイスの動作は、スピンの基本的な磁気励起であるマグノンまたはスピン波に基づいています(スピントロニクスとその応用については、私たちの資料「電気磁性」で読むことができます)。残念ながら、ナノデバイスのスピン波を制御することは非常に困難です。波は非常に速く伝わるという事実に加えて、それらの量子的性質のために同時に反対方向に動くことができます。スピン波を制御するには、まず、そのダイナミクスを高精度に観測する方法を学ぶ必要があります。

原子構造のマグノンの測定には、走査型顕微鏡の原子プローブを使用した検出方式があります。残念ながら、最近の走査型顕微鏡は高速スピン波を捕捉できないことがよくあります。顕微鏡の測定時間よりも速い動的応答を調べるには、顕微鏡で測定されるまで応答を保持する中間メモリ検出器を開発する必要があります。言い換えれば、メモリを備えた検出器は、走査型顕微鏡がアクセスできる時間スケールで情報を記録する必要があります(1秒のオーダー)。しかし、そのようなシステムの開発は、実験物理学者にとって深刻な課題です。

サンダーオッテ教授が率いるデルフト工科大学の研究者グループは、マグノンのダイナミクスを研究するためのそのような中間検出器を作成しました。検出器は、励起に非常に敏感な量子システムです。鎖状に配置された鉄原子は、通過するスピン波を測定し、波の通過の事実から数秒後まで測定結果を保存できます。デバイスには、入力層に3つの原子、出力に8つの原子が含まれていました。

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11個の原子で構成される検出器のモデル:入力層に3個、出力に8個の原子。

波を測定するために、物理学者は最初にすべての検出器原子を最低エネルギーの基底状態に初期化しました。次に、スピン波が入力層に供給され、それが出力層にも送信されました。しばらくすると、入口層の原子が弛緩し、基底状態になりました。相互作用が生じたため、出力層の原子はスピン波に関する情報をその状態で長期間保存し、走査型トンネル顕微鏡を使用して読み取ることができました。

構築されたデバイスの感度を評価するために、研究者たちはデバイスを磁気波が伝達される原子鎖に接続しました。その結果、検出器から最大9原子の距離で発生したスピン波をうまく捉えることができました。物理学者は、この感度は、スピントロニクスで使用できる可能性のあるより複雑なシステムを研究するのに十分であると約束しています。これは、研究の著者が次に行うことを計画しています。

マグノンは、古典的なコンピューターに加えて、量子コヒーレンスが特に重要な量子コンピューターで使用できます。マグノンにはコヒーレンスがあることが知られていますが、実験的には研究されていません。昨年、物理学者は、時間的相関に基づいて、コヒーレント強磁性共鳴によって生成されたマグノンのコヒーレンスを測定する方法を提案しました。スピン波は強磁性共鳴だけでなく発生します。たとえば、2015年に、物理学者は非導電性磁性材料のスピン波に基づいて電子回路を作成しました。以前に、反強磁性体絶縁体で見つかったスピン波について書きました。

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