Os ferromagnetos Quantum Hall estão entre os ímãs mais puros do mundo - e um dos mais difíceis de estudar. Esses ímãs 2-D só podem ser feitos em temperaturas inferiores a um grau acima do zero absoluto e em campos magnéticos elevados, sobre a escala de uma ressonância magnética.

Mas os ferromagnetos quânticos Hall podem potencialmente fazer coisas muito legais, como superfluidez de rotação do hospedeiro, que, como supercondutividade, permite que os sinais sejam enviados sem perda de energia.

Em um artigo publicado recentemente em Ciência , pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS), foram capazes de excitar e detectar ondas de spin em um ferromagneto Hall quântico, demonstrando uma nova plataforma para investigar algumas das possibilidades deste material promissor.

"Embora os ferromagnetos Hall quânticos tenham sido estudados por quase 40 anos, essas excitações magnéticas têm estado até agora inacessíveis usando esquemas de medição tradicionais, "disse Amir Yacoby, Professor de Física e de Física Aplicada na SEAS e autor sênior do artigo.

Yacoby e sua equipe usaram o grafeno como seu ferromagneto Hall quântico. Para excitar uma onda de spin, os pesquisadores converteram um sinal elétrico em um sinal de spin criando um diferencial de voltagem entre duas arestas do grafeno. Elétrons na "borda quente" (a borda com voltagem mais alta) querem se mover para a "borda fria" (a borda com voltagem mais baixa), mas para fazer isso, eles precisam virar o jogo.

"Quando os elétrons mudam de rotação, eles emitem uma espécie de impulso, chamado momento angular de rotação, "disse Di Wei, um estudante de pós-graduação no Laboratório Yacoby e primeiro autor do artigo. "Esse impulso tem que ir para algum lugar, e acontece que o ferromagneto está lá para absorvê-lo. "

Esse impulso é como um seixo jogado em um lago:ele dá início a uma onda de giro, que se propaga como um jogo quântico de telefone, cada elétron parado e comunicando spin ao seu vizinho acoplado.

Quando a onda atinge o outro lado, ele colide com os elétrons na borda, transferindo seu momento para eles e fazendo com que os elétrons mudem seu spin. Quando o spin do elétron muda, os elétrons se movem para diferentes áreas na borda, que é então detectado como um sinal elétrico pelos pesquisadores. Esta combinação de rotação com a eletrônica pode ter um impacto importante em uma gama de aplicações, incluindo menor, mais rápido, e computadores mais eficientes.

"Pesquisas anteriores demonstraram algo semelhante, em termos de uso de um sinal elétrico para gerar uma onda de spin, mas esta é a primeira vez que esse fenômeno foi mostrado em um sistema 2-D sintonizado com o regime Hall quântico, "disse Wei." Este sistema também nos permite estudar aspectos interessantes das ondas de spin, potencialmente até superfluidez de spin. "