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    Un método para determinar la coherencia magnon en dispositivos de estado sólido

    Crédito:Scott Bender.

    Un equipo de investigadores de la Universidad de Utrecht, la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología y la Universidad de Konstanz han propuesto recientemente un nuevo método para determinar la coherencia magnon en dispositivos de estado sólido. Su estudio, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , muestra que las correlaciones cruzadas de corrientes de espín puras inyectadas por un ferromagnético en dos cables metálicos normalizados por su valor de cd replican el comportamiento de la función de coherencia óptica de segundo orden, referido como g (2) , cuando los magnones se alejan del equilibrio.

    "Piense en una gran sala llena de gente en una fiesta, "Akash Kamra, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Estas personas pueden comportarse como en un club nocturno, chocando entre sí de manera descoordinada y con movimientos caóticos, o la gente del partido podría estar dirigida por un anfitrión común, como en una fiesta de bodas. Una multitud tan 'condensada' de personas se mueve rápidamente sin chocar entre sí ".

    Kamra establece una analogía entre las situaciones de fiesta que describió y los magnones, partículas cuánticas que corresponden a una disminución específica de la fuerza magnética, viajando como una unidad a través de una sustancia magnética. En su analogía, se produciría una "fiesta" descoordinada si los magnones están en un estado "térmico", mientras que uno coordinado si están en un estado "coherente" o "condensado". El movimiento coordinado de invitados en el segundo tipo de fiesta, por otra parte, correspondería a un flujo superfluido, que es una manifestación de un estado notable de la materia:el condensado.

    "Por varias razones científicas y tecnológicas fundamentales, el condensado de magnon es una entidad intrigante y valiosa, y el principal avance de nuestro artículo es que proponemos un método para detectarlo sin ambigüedades, "Dijo Kamra.

    Si uno abriera dos puertas a una habitación grande que contenía muchas personas y realizara un seguimiento de cuántas personas salen de la habitación por cada puerta dentro de un período de tiempo determinado, ella podría identificar en qué estado se encuentran estas personas. En otras palabras, comparando estadísticas de personas que salen por ambas puertas, se podría determinar si la gente se está comportando de forma descoordinada o coordinada.

    "De manera sorprendente y contraria a la intuición, esto no se puede lograr con una puerta, "Kamra explicó." Aquí es donde la analogía entre magnones (las partículas cuánticas de las ondas de espín en los imanes) y las personas necesariamente se queda corta:los magnones siguen las extrañas leyes del mundo cuántico y no obedecen las reglas de nuestro clásico, reino de todos los días ".

    El trabajo de Kamra y sus colegas se inspiró en un experimento clásico con fotones, las partículas cuánticas que componen la luz, en el que los fotones del mismo haz de luz se detectan en dos ubicaciones diferentes. La comparación de las estadísticas de los tiempos de detección de estos fotones en dos ubicaciones permite a los investigadores obtener información directa sobre el estado del haz de luz (es decir, identificar si es térmico o coherente).

    Crédito:Scott Bender.

    "Nuestro objetivo era encontrar y proponer una forma similar de detectar si un rayo magnón es coherente o no, "Kamra dijo." Tratar con un medio completamente diferente (un material magnético para magnones en lugar de espacio libre para la luz), logramos identificar una forma experimentalmente factible de lograr esta detección de coherencia magnon a través de la medición de las correlaciones cruzadas de la corriente de espín ".

    Los investigadores sugieren interconectar una capa magnética, que alberga magnones, con dos conductores metálicos no magnéticos distintos. Los magnones inyectan corriente de espín en ambos cables metálicos, que se puede detectar a través de los asociados, Corriente de carga mediada por efecto Hall de giro inverso.

    "Sugerimos medir las corrientes de espín de CC en los dos cables, además de la correlación cruzada de las dos corrientes de espín, "Kamra dijo." La relación entre la correlación cruzada y el producto de las dos corrientes de espín resulta ser 1 para un sistema magnón perfectamente coherente. Cuando la relación se desvía de 1, sirve como medida y permite cuantificar la coherencia en el sistema magnon ".

    El hallazgo más importante reunido por Kamra y sus colegas es que el mecanismo y método bien establecidos para detectar la coherencia de un haz de luz realmente funciona para partículas cuánticas completamente diferentes. como magnones, así como. Al aplicar este método a magnones, sin embargo, se debe considerar el hecho de que los sistemas que albergan estas partículas suelen ser muy pequeños (menos de un milímetro de largo) en comparación con los haces de luz, que suelen extenderse a lo largo de varios metros o kilómetros.

    "Teniendo en cuenta esta distinción, Hemos propuesto un método de uso de correlaciones cruzadas de corriente de espín para la detección de coherencia, "Kamra dijo." Nuestro trabajo también demuestra que la misma idea actual de correlaciones cruzadas se puede utilizar para medir la coherencia para toda la gama de excitaciones bosónicas, como fonones y excitones, en sistemas de estado sólido, abriendo perspectivas interesantes para múltiples comunidades de investigación ".

    Los hallazgos recopilados por los investigadores son una contribución significativa a la magnónica cuántica, un campo de estudio que busca explorar y explotar la naturaleza cuántica de los magnones. El logro de una detección tan sólida de la coherencia magnon es un gran paso adelante, ya que podría allanar el camino para el desarrollo de conceptos y dispositivos basados ​​en supercorrientes de espín y superfluidez.

    "Nuestra propuesta actual es simplemente una primera pequeña ventana al apasionante mundo de la magnónica cuántica, "Kamra dijo." Esta ventana muestra cómo lograr en los imanes lo que ya se ha logrado con la luz. Ahora estamos trabajando para seguir explorando el potencial de la técnica de correlación cruzada e investigando fenómenos que van más allá de las propiedades bosónicas estándar de la luz ".

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