Ett team ledd av forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan har lyckats skapa en stark koppling mellan två former av vågor – magnoner och fononer – i en tunn film. Viktigt är att de uppnådde detta vid rumstemperatur, vilket öppnade vägen för utvecklingen av hybridvågbaserade enheter där information kunde lagras och manipuleras på en mängd olika sätt.

De flesta datorenheter som används idag är baserade på rörelsen av elektrisk laddning – elektroner – men det finns gränser för hur snabbt elektronerna kan färdas, och deras rörelse genererar värme, vilket skapar energiförluster och är miljömässigt oönskat.

Som svar arbetar forskare på att utveckla enheter som drar fördel av vågliknande energiformer som ljud, ljus och spinn, eftersom de potentiellt kan leda till skapandet av mer förlustfria enheter.

För den aktuella forskningen, publicerad i Physical Review Letters , forskarna tittade på två vågliknande former:magnoner – kvasipartiklar som representerar den kollektiva exciteringen av spinn, en magnetisk egenskap och fononer – ett akustiskt fenomen som i det här fallet bestod av ytvågor som fortplantade sig längs filmen.

Enligt Yunyoung Hwang, den första författaren till studien, "Enheter som använder magnoner och fononer har utvecklats, men vi, precis som andra forskare, kände att det att kombinera ultraljud och magneter kunde leda till stora språng inom informations- och kommunikationsteknik. När dessa två stater samarbetar väldigt tätt, det skapar ett nytt hybridtillstånd och vi tror att detta kommer att öppna dörren för spännande framsteg inom informationsbehandling."

Även om andra grupper har försökt att göra detta, fanns det en hake:vanliga ljudvågor på ytor länkar inte ihop bra med magneter. Teamet kunde knäcka den här koden genom att använda en annan typ av ljudvågor, så kallade skjuvljudvågor, som passar bättre för magneter.

Nyckelelementet som gjorde arbetet möjligt var en liten on-chip-enhet som kallas en nanostrukturerad akustisk ytvågsresonator. Den begränsar ultraljudsvågor till en specifik punkt och förbättrar skjuvljudvågor, vilket möjliggör en stark koppling mellan ytljudvågorna och magneterna i resonatorn. Genom detta kunde forskarna uppnå stark magnet-ljudkoppling i en Co₂₀ Fe₆₀ B₂₀ film, vid rumstemperatur.

Enligt Jorge Puebla, en annan författare till studien, "Särskilt känner vi att vårt arbete kommer att bidra till studiet av koherent kopplade magnon-fonon kvasipartiklar, vilket kan hjälpa utvecklingen av hybridvågbaserade informationsbehandlingsenheter med relativt små förluster .

"Utöver detta dyker två spännande vägar upp vid horisonten:framsteg i våra enheter kan leda oss in i den ultrastarka kopplingsregimen, en domän som ännu inte har utforskats fullt ut; alternativt, genom att utföra liknande experiment vid ultralåga temperaturer, har vi potential att utforska kvantfenomen."

Mer information: Yunyoung Hwang et al, Strongly Coupled Spin Waves and Surface Acoustic Waves at Room Temperature, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.056704. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12690

Journalinformation: Fysiska granskningsbrev , arXiv

Tillhandahålls av RIKEN