과학자들은 2D 자석에서 스핀을 봅니다.
날짜:
2022년 9월 7일
원천:
컬럼비아 대학교
요약:
연구에 따르면 회전하는 준입자 또는 마그논은 잠재적인 양자 정보 응용이 가능한 발광 준입자 또는 엑시톤과 짝을 이룰 때 불이 켜집니다.
냉장고에 걸려 있는 간단한 기념품부터 컴퓨터 메모리를 제공하는 디스크, 연구실에서 사용되는 강력한 버전에 이르기까지 모든 자석에는 마그논이라고 하는 회전하는 준입자가 들어 있습니다. 하나의 마그논이 회전하는 방향은 그 이웃의 스핀에 영향을 미치는 이웃의 스핀에 영향을 미칠 수 있어 스핀파라고 알려진 것을 생성합니다. 정보는 전기보다 스핀파를 통해 잠재적으로 더 효율적으로 전송될 수 있으며, 마그논은 양자 비트를 강력한 컴퓨터로 "접착"하는 "양자 상호 연결" 역할을 할 수 있습니다.
Magnon은 엄청난 잠재력을 가지고 있지만 부피가 큰 실험실 장비 없이는 감지하기 어려운 경우가 많습니다. 이러한 설정은 실험을 수행하는 데는 적합하지만 마그노닉 장치 및 소위 스핀트로닉스와 같은 장치를 개발하는 데에는 적합하지 않다고 Columbia 연구원 Xiaoyang Zhu는 말했습니다. 그러나 올바른 재료를 사용하면 마그논을 보는 것이 훨씬 더 간단해질 수 있습니다. 화학과 교수인 Xavier Roy의 연구실에서 합성한 원자 두께의 2D 층으로 벗겨낼 수 있는 크롬 황화물 브로마이드(CrSBr)라고 하는 자기 반도체입니다.
네이처( Nature )에 실린 새로운 기사에서 워싱턴 대학, 뉴욕 대학, 오크 릿지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 Zhu와 공동 연구자들은 CrSBr의 마그논이 빛을 방출하는 엑시톤(exciton)이라는 다른 준입자와 짝을 이룰 수 있음을 보여줍니다. 회전하는 준입자를 "보는" 것을 의미합니다.
그들은 빛으로 마그논을 교란시키면서 육안으로 거의 볼 수 있는 근적외선 범위의 여기자로부터 진동을 관찰했습니다. Zhu는 "처음으로 간단한 광학 효과로 마그논을 볼 수 있다"고 말했다.
결과는 양자 변환 또는 에너지의 한 "양자"가 다른 에너지로 전환되는 것으로 볼 수 있다고 Zhu의 연구실에서 박사후 연구원인 제1저자인 배윤준(Eunice)이 말했습니다. 여기자의 에너지는 마그논의 에너지보다 4배 더 큽니다. 이제 그들은 매우 강하게 짝을 이루기 때문에 마그논의 작은 변화를 쉽게 관찰할 수 있다고 배는 설명했다. 이 변환은 언젠가 연구원들이 스핀 기반 양자 비트(일반적으로 서로 밀리미터 내에 위치해야 함)에서 정보를 가져와 이를 전달할 수 있는 에너지 형태인 빛으로 변환할 수 있는 양자 정보 네트워크를 구축할 수 있게 할 수 있습니다. 광섬유를 통해 수백 마일까지 정보
일관성 시간(진동이 얼마나 오래 지속될 수 있는지)도 주목할 만하며 실험의 5나노초 제한보다 훨씬 더 오래 지속된다고 Zhu는 말했다. 이 현상은 7 마이크로미터 이상으로 이동할 수 있고 CrSBr 장치가 원자 두께의 두 층으로 만들어졌을 때도 지속되어 나노 규모의 스핀트로닉 장치를 구축할 가능성을 높입니다. 이러한 장치는 언젠가는 오늘날의 전자 제품에 대한 보다 효율적인 대안이 될 수 있습니다. 전류의 전자가 이동할 때 저항에 부딪히는 것과 달리 실제로 스핀파에서 움직이는 입자는 없습니다.
이 작업은 DOE가 지원하는 에너지 프론티어 연구 센터(EFRC)에서 생성된 재료로 콜롬비아의 NSF 지원 재료 연구 과학 및 엔지니어링 센터(MRSEC)의 지원을 받았습니다. 여기에서 연구원들은 CrSBr의 양자 정보 잠재력과 다른 재료 후보를 탐구할 계획입니다. Zhu는 "MRSEC와 EFRC에서 우리는 종이처럼 쌓을 수 있는 여러 2D 재료의 양자 특성을 탐구하여 모든 종류의 새로운 물리적 현상을 생성할 수 있습니다"라고 말했습니다.
예를 들어, 마그논-엑시톤 결합이 CrSBr과 약간 다른 특성을 가진 다른 종류의 자기 반도체에서 발견될 수 있다면 더 넓은 범위의 색상으로 빛을 방출할 수 있습니다. Zhu는 "맞춤형 속성을 가진 새 장치를 구성하기 위해 도구 상자를 조립하고 있습니다."라고 말했습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/