Ett internationellt forskargrupp ledd av en fysiker vid University of California, Riverside, har identifierat en mikroskopisk process för elektronspinndynamik i nanopartiklar som kan påverka utformningen av applikationer inom medicin, kvantberäkning, och spintronics.

Magnetiska nanopartiklar och nanodatorer har flera tillämpningar inom medicin - såsom läkemedelsleverans och MR - och informationsteknik. Att kontrollera centrifugeringsdynamiken-rörelsen av elektronspinn-är nyckeln till att förbättra prestanda för sådana nanomagnetbaserade applikationer.

"Detta arbete främjar vår förståelse av spindynamik i nanomagneter, "sa Igor Barsukov, en biträdande professor vid Institutionen för fysik och astronomi och huvudförfattare till studien som visas idag Vetenskapliga framsteg .

Elektron snurrar, som går som snurr, är kopplade till varandra. När ett snurr börjar föregå, precessionen sprider sig till angränsande snurr, som sätter en våg igång. Snurra vågor, som alltså är kollektiva exciteringar av snurr, bete sig annorlunda i nanoskala magneter än de gör i stora eller förlängda magneter. I nanomagneter, spinnvågorna begränsas av magnetens storlek, typiskt omkring 50 nanometer, och presenterar därför ovanliga fenomen.

Särskilt, en spinnvåg kan förvandlas till en annan genom en process som kallas "tre magnonspridning, "en magnon är en kvanteenhet i en snurrvåg. I nanomagneter, denna process förstärks resonansfullt, vilket betyder att den förstärks för specifika magnetfält.

I samarbete med forskare vid UC Irvine och Western Digital i San Jose, liksom teorikollegor i Ukraina och Chile, Barsukov visade hur tre magnonspridning, och därmed dimensionerna på nanomagneter, bestämmer hur dessa magneter reagerar på spinnströmmar. Denna utveckling kan leda till paradigmskiftande framsteg.

"Spintronics leder vägen för snabbare och energieffektiv informationsteknik, "Barsukov sa." För sådan teknik, nanomagneter är byggstenarna, som måste styras av spinnströmmar. "

Barsukov förklarade att trots dess tekniska betydelse, en grundläggande förståelse för energispridning i nanomagneter har varit svårfångad. Forskargruppens arbete ger insikter i principerna för energispridning i nanomagneter och kan göra det möjligt för ingenjörer som arbetar med spintronik och informationsteknik att bygga bättre enheter.

"Mikroskopiska processer som undersöks i vår studie kan också vara av betydelse i samband med kvantberäkning där forskare för närvarande försöker ta itu med enskilda magnoner, "Barsukov sa." Vårt arbete kan potentiellt påverka flera forskningsområden. "