Su descubrimiento, publicado en Nature , podría allanar el camino para el desarrollo de tecnologías de información cuántica sin disipación. Como las ondas de espín no implican corrientes eléctricas, estos chips estarán libres de pérdidas de energía asociadas.

La popularidad cada vez mayor de la inteligencia artificial viene acompañada de un deseo cada vez mayor de dispositivos informáticos rápidos y energéticamente eficientes y exige formas novedosas de almacenar y procesar información. Las corrientes eléctricas en los dispositivos convencionales sufren pérdidas de energía y el consiguiente calentamiento del ambiente.

Una alternativa para las corrientes eléctricas "con pérdidas" es almacenar y procesar información en ondas, utilizando los espines de los electrones en lugar de sus cargas. Estos espines pueden verse como las unidades elementales de los imanes.

El autor principal, el Dr. Rostislav Mikhaylovskiy, de la Universidad de Lancaster, dijo:"Nuestro descubrimiento será esencial para la futura computación basada en ondas de espín. Las ondas de espín son un portador de información atractivo ya que no involucran corrientes eléctricas y, por lo tanto, no sufren pérdidas resistivas".

Ya se sabe desde hace muchos años que los espines pueden salir de su orientación de equilibrio. Después de esta perturbación, los espines comienzan a precesar (es decir, a girar) alrededor de su posición de equilibrio. En los imanes, los espines vecinos están muy fuertemente acoplados, formando una magnetización neta. Debido a este acoplamiento, la precesión de espín puede propagarse en el material magnético, dando lugar a una onda de espín.

"Muchos grupos en todo el mundo han buscado durante más de una década la observación de la conversión no lineal de magnones en propagación coherente a nanoescala, que es un requisito previo para cualquier procesamiento práctico de datos basado en magnones. Por lo tanto, nuestro experimento es un hito para los estudios de ondas de espín. que tiene el potencial de abrir una dirección de investigación completamente nueva sobre magnónica coherente ultrarrápida con miras al desarrollo de tecnologías de información cuántica sin disipación."

Los investigadores aprovecharon el hecho de que las frecuencias más altas posibles de rotación de espín se pueden encontrar en materiales en los que espines adyacentes están inclinados entre sí.

Para excitar una dinámica de espín tan rápida, utilizaron un pulso de luz muy corto, cuya duración es más corta que el período de la onda de espín, es decir, menos de una billonésima de segundo. El truco para generar la onda de espín ultrarrápida a nanoescala está en la energía fotónica del pulso de luz.

El material de estudio muestra una absorción extremadamente fuerte en energías de fotones ultravioleta (UV), lo que localiza la excitación en una región muy delgada de solo unas pocas decenas de nanómetros de la interfaz, lo que permite ondas de espín con frecuencias de terahercios (un billón de hercios) y longitudes de onda submicrométricas para que emerjan.

La dinámica de estas ondas de espín es intrínsecamente no lineal, lo que significa que las ondas con diferentes frecuencias y longitudes de onda se pueden convertir entre sí.

Los investigadores han realizado por primera vez esta posibilidad en la práctica. Lo lograron excitando el sistema no solo con uno, sino con dos intensos pulsos láser, separados por un breve retraso.

El primer autor Ruben Leenders, ex Ph.D. estudiante de la Universidad de Lancaster, dijo:"En un experimento típico de excitación de un solo pulso, simplemente esperaríamos que las dos ondas de espín interfirieran entre sí como lo hacen cualquier onda. Sin embargo, al variar el retraso de tiempo entre los dos pulsos, descubrimos que esto la superposición de las dos ondas no se cumple."

El equipo explicó las observaciones considerando el acoplamiento de la onda de espín ya excitada con el segundo pulso de luz. El resultado de este acoplamiento es que cuando los giros ya están girando, el segundo pulso de luz les da un impulso adicional a los giros.

La fuerza y ​​la dirección de esta patada depende del estado de deflexión de los espines en el momento en que llega este segundo pulso de luz. Este mecanismo permite controlar las propiedades de las ondas de espín, como su amplitud y fase, simplemente eligiendo el retardo de tiempo adecuado entre las excitaciones.