Forskare har för första gången mätt en grundläggande egenskap hos magneter som kallas magnonpolarisering - och i processen, gör framsteg mot att bygga lågenergianordningar.

Förekomsten av magnonpolarisering har varit en teoretisk idé inom fysiken i nästan 100 år men ingen har bevisat dess existens.

Forskare vid University of Leeds och Tohoku University i Japan gav sig ut för att försöka visa att det existerar genom att mäta det. Deras resultat har just publicerats i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Magnoner är kvasipartiklar inuti magnetiska material som är i en kontinuerlig process för skapande och förstörelse. De är polariserade vilket gör att man sedan kan urskilja dem medurs eller moturs (cirkulär polarisering), upp eller ner - och vänster eller höger (linjär polarisering).

Det finns ett stort intresse för magneternas polarisationsegenskaper eftersom fysiker tror att det kan utnyttjas för att transportera information i lågenergi elektriska enheter, ett ämnesområde som kallas spintronics.

Forskarna syftade till att mäta magnonpolarisering i en av de mest använda magneterna inom spintronikforskning, den sammansatta yttrium -järngranaten. I många magneter, det finns bara magnoner moturs. Men i yttrium järn granat, både moturs och medurs polariserade magnoner förutspåddes, vilket gör det till ett särskilt spännande material att mäta.

Teamet bestämde sig för att göra denna mätning med hjälp av polariserad neutronspridning. Detta innebär att man förbereder neutroner i ett specifikt kvantspinntillstånd ('upp' eller 'ner') och skjuter dem mot en magnet i en fokuserad stråle.

I experimentet, de flesta neutroner passerade rakt genom magneten, inte interagerar alls - vilket gör mätningar särskilt svåra. Men, ett litet antal neutroner kolliderade med magnoner och sprids ut ur magneten i alla riktningar. En detektor mätte neutronerna när de flög ur provet. Genom att analysera platsen, energi och slutspinnstillstånd för neutronerna, magnonegenskaperna avslöjades.

Avgörande i detta arbete, genom att jämföra neutronernas centrifugeringstillstånd före och efter spridningen, medurs eller moturs polarisering av magnonerna bestämdes.

Dr Joseph Barker, från School of Physics and Astronom i Leeds, sade:"I fysik, teorier kvarstår som förutsägelser tills experimentella mätningar bekräftar om de är korrekta eller inte. Ett känt exempel är sökandet efter Higgs Boson, men det finns många otestade teorier inom vetenskaperna.

"Magnonpolarisering har nyligen blivit ett viktigt ämne inom spintronics, så det var den perfekta tiden att försöka mäta det och verifiera att det finns."

Dr Barker tillade:"Experimenten och analysen var svåra och komplexa. Faktum är att det tog två försök, en gång i USA och sedan i Frankrike, för att perfekta den experimentella metoden.

"Vi var också tvungna att skapa en exakt datormodell för att säkerställa att vi förstod vad vi såg korrekt eftersom neutronspridningsmätningarna kommer från en rad fysiska processer som inte kan lösgöras i enskilda delar."

Forskare kan nu fokusera sina studier på hur man kan utnyttja polarisering av magnoner för att göra nya typer av spintronic -enheter för lågenergiteknik.

Forskningen finansierades av The Royal Society, Japan Society for the Promotion of Science Grant-in-Aid for Scientific Research, JST ERATO, Tohoku University GP-Spin Program, US Department of Energy och US-Japan Cooperative Program på neutronspridning.