Arbetar med teoretiker vid University of Chicagos Pritzker School of Molecular Engineering, forskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory har uppnått en vetenskaplig kontroll som är den första i sitt slag. De visade ett nytt tillvägagångssätt som tillåter realtidskontroll av interaktionerna mellan mikrovågsfotoner och magnoner, potentiellt leda till framsteg inom elektronisk utrustning och kvantsignalbehandling.

Mikrovågsfotoner är elementarpartiklar som bildar de elektromagnetiska vågorna som vi använder för trådlös kommunikation. Å andra sidan, magnoner är de elementära partiklarna som bildar vad forskare kallar "snurrvågor" - vågliknande störningar i en ordnad uppsättning mikroskopiskt inriktade spinn som kan uppstå i vissa magnetiska material.

Mikrovågsfoton-magnon-interaktion har dykt upp de senaste åren som en lovande plattform för både klassisk och kvantinformationsbehandling. Än, denna interaktion hade visat sig omöjlig att manipulera i realtid, tills nu.

"Innan vår upptäckt, att kontrollera foton-magnon-interaktionen var som att skjuta en pil upp i luften, " sa Xufeng Zhang, en biträdande forskare vid Center for Nanoscale Materials, en DOE-användaranläggning i Argonne, och motsvarande författare till detta verk. "Man har ingen kontroll alls över den pilen en gång under flygning."

Teamets upptäckt har förändrat det. "Nu, det är mer som att flyga en drönare, där vi kan styra och styra flygningen elektroniskt, " sa Zhang.

Genom smart ingenjörskonst, teamet använder en elektrisk signal för att periodiskt ändra magnon-vibrationsfrekvensen och därigenom inducera effektiv magnon-foton-interaktion. Resultatet är en första mikrovågsmagnetisk enhet någonsin med tunerbarhet på begäran.

Teamets enhet kan kontrollera styrkan av foton-magnon-interaktionen när som helst när information överförs mellan fotoner och magnoner. Det kan till och med slå på och av interaktionen helt. Med denna inställningsförmåga, forskare kan bearbeta och manipulera information på sätt som vida överträffar dagens hybrid-magnoniska enheter.

"Forskare har letat efter ett sätt att kontrollera denna interaktion under de senaste åren, " noterade Zhang. Teamets upptäckt öppnar en ny riktning för magnon-baserad signalbehandling och bör leda till elektroniska enheter med nya möjligheter. Det kan också möjliggöra viktiga tillämpningar för kvantsignalbehandling, där mikrovågs-magnonic interaktioner utforskas som en lovande kandidat för att överföra information mellan olika kvantsystem.

DOE Office of Basic Energy Sciences stödde denna forskning, som publicerades i Fysiska granskningsbrev .