Los investigadores han medido por primera vez una propiedad fundamental de los imanes llamada polarización magnon y, en el proceso, están avanzando hacia la construcción de dispositivos de bajo consumo energético.

La existencia de la polarización magnon ha sido una idea teórica en física durante casi 100 años, pero nadie ha demostrado su existencia.

Científicos de la Universidad de Leeds y la Universidad de Tohoku en Japón se propusieron probar y demostrar que existe midiéndolo. Sus hallazgos se acaban de publicar en la revista. Cartas de revisión física .

Los magnones son cuasi-partículas dentro de materiales magnéticos que se encuentran en un proceso continuo de creación y destrucción. Están polarizados lo que permite distinguirlos en sentido horario o antihorario (polarización circular), arriba o abajo, e izquierda o derecha (polarización lineal).

Existe un gran interés en las propiedades de polarización de los magnones porque los físicos creen que podrían explotarse para transportar información en dispositivos eléctricos de baja energía. un campo de estudio llamado espintrónica.

Los científicos tenían como objetivo medir la polarización de magnones en uno de los imanes más utilizados en la investigación de la espintrónica. el compuesto de itrio hierro granate. En muchos imanes, sólo existen magnones en sentido antihorario. Pero en granate de hierro itrio, Se predijeron magnones polarizados tanto en sentido antihorario como en sentido horario, lo que lo convierte en un material particularmente interesante de medir.

El equipo se propuso realizar esta medición utilizando dispersión de neutrones polarizados. Esto implica preparar neutrones en un estado de giro cuántico específico ('arriba' o 'abajo') y dispararlos a un imán en un haz enfocado.

En el experimento, la mayoría de los neutrones pasan directamente a través del imán, sin interactuar en absoluto, lo que dificulta especialmente las mediciones. Pero, un pequeño número de neutrones chocó con magnones y se dispersó fuera del imán en todas direcciones. Un detector midió los neutrones mientras salían volando de la muestra. Analizando la ubicación, energía y estado de giro final de los neutrones, se revelaron las propiedades del magnón.

Fundamentalmente en este trabajo, comparando el estado de giro de los neutrones antes y después de la dispersión, Se determinó la polarización en sentido horario o antihorario de los magnones.

Dr. Joseph Barker, de la Escuela de Física y Astronomía de Leeds, dijo:"En Física, las teorías permanecen como predicciones hasta que las mediciones experimentales confirmen si son correctas o no. Un ejemplo famoso es la búsqueda del bosón de Higgs, pero hay muchas teorías no probadas en las ciencias.

"La polarización de Magnon se ha convertido recientemente en un tema importante en la espintrónica, por lo que era el momento perfecto para intentar medirla y verificar que existe".

El Dr. Barker agregó:"Los experimentos y el análisis fueron difíciles y complejos. De hecho, tomó dos intentos, una vez en los Estados Unidos y luego en Francia, para perfeccionar el método experimental.

"También tuvimos que crear un modelo informático preciso para asegurarnos de que entendíamos lo que estábamos viendo correctamente porque las medidas de dispersión de neutrones provienen de una serie de procesos físicos que no se pueden desenredar en partes individuales".

Los investigadores ahora pueden centrar sus estudios en cómo explotar la polarización de magnones para fabricar nuevos tipos de dispositivos espintrónicos para tecnología de baja energía.

La investigación fue financiada por The Royal Society, Subvención de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia para la Investigación Científica, JST ERATO, Programa GP-Spin de la Universidad de Tohoku, Departamento de Energía de EE. UU. Y el Programa Cooperativo de EE. UU. Y Japón sobre dispersión de neutrones.