Como ventiladores que soplan sincronizados ciertos materiales magnéticos pueden presentar interesantes propiedades energéticas. Para encontrar nuevas formas de transmitir y procesar información, Los científicos han comenzado a explorar el comportamiento de los giros electrónicos y magnéticos, específicamente sus excitaciones resonantes, como portadores de información. En algunos casos, Los investigadores han identificado nuevos fenómenos que podrían ayudar eventualmente a informar la creación de nuevos dispositivos para aplicaciones espintrónicas y cuánticas.

En un nuevo estudio dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los investigadores han descubierto una forma novedosa en la que las excitaciones de los giros magnéticos en dos películas delgadas diferentes se pueden acoplar fuertemente entre sí a través de su interfaz común. Este acoplamiento dinámico representa un tipo de sistema híbrido que está recibiendo cada vez más atención de los científicos interesados ​​en los sistemas de información cuántica.

"Una forma de pensarlo es como si tuvieras dos pares de masas unidas a resortes, ", dijo el investigador postdoctoral y primer autor de Argonne, Yi Li." Sabemos que cada masa conectada a un resorte oscilará periódicamente cuando se golpea desde el exterior. Pero si conectamos las dos masas con un tercer resorte, entonces la oscilación de una masa también activará la oscilación de la otra masa, que se puede utilizar para intercambiar información entre los resortes. El papel del tercer resorte aquí lo desempeña el acoplamiento de intercambio interfacial entre las dos capas magnéticas ".

Con algo de ingeniería inteligente, los investigadores pueden establecer la frecuencia de oscilación libre de las dos capas de espines magnéticos, las "masas", para que sean idénticas, donde son los más favorables para la pareja. Además, muestran que los dos sistemas se pueden acoplar "fuertemente", un estado que es importante para mantener la coherencia y puede inspirar aplicaciones en información cuántica.

Además del estado de acoplamiento fuerte, Los investigadores han encontrado un nuevo efecto adicional en la bicapa magnética que tiene un impacto en la coherencia de sus excitaciones:un lado puede bombear energía, llamado corriente de giro, en el otro. Un comportamiento notable e intrigante con respecto al nuevo acoplamiento dinámico implica el intercambio de energía entre las dos capas del material magnético.

Según el científico de materiales de la Universidad de Illinois y autor del estudio, Axel Hoffmann, cada capa tiene un período de tiempo particular durante el cual la dinámica de magnetización generalmente persistirá de forma independiente. Sin embargo, con la introducción de la corriente de espín que empuja los espines en una dirección particular, puede haber suficiente energía transferida para que la dinámica de magnetización dure sustancialmente más en una de las capas.

"Sabíamos que existía un tipo de acoplamiento rígido, pero el hecho es que el otro acoplamiento dinámico también es importante, y lo suficientemente importante como para que no podamos descuidarlo, "Dijo Hoffmann." Para los sistemas de información cuántica, el nombre del juego es tomar algo de excitación y manipularlo de alguna manera o transferirlo a otra excitación, y eso es básicamente el corazón de lo que estamos haciendo aquí ".

"Existe una interacción magnética intrínseca que une estas dos capas, "Li agregó." Podemos aplicar un campo magnético, y luego podemos determinar si estas dos capas están bombeando en fase o fuera de fase. Estas interacciones controladas son, en principio, lo que la gente está haciendo para el procesamiento de información cuántica ".

Según Hoffmann, el experimento comenzó con la identificación de dos sistemas magnéticos que los investigadores sabían que estaban acoplados. Al tratar de hacer que el acoplamiento sea lo más fuerte posible en comparación con las excitaciones individuales en el material, los investigadores pudieron ver el detalle adicional de cómo se produjo la transferencia de energía de bombeo de espín.

Un artículo basado en el estudio, "Bombeo de giro coherente en un sistema híbrido magnon-magnon fuertemente acoplado, "apareció en la edición del 17 de marzo de Cartas de revisión física . Otros autores del estudio incluyeron a Zhizhi Zhang de Argonne, Jonathan Gibbons, John Pearson, Valentine Novosad, y Wei Zhang; Paul Haney, Mark Stiles, y Vivek Amin del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; Wei Cao y William Bailey de la Universidad de Columbia; y Joseph Sklenar de la Universidad Estatal de Wayne.