Como fãs que explodem em sincronia, certos materiais magnéticos podem exibir propriedades energéticas interessantes. Para encontrar novas maneiras de transmitir e processar informações, cientistas começaram a explorar o comportamento de spins eletrônicos e magnéticos, especificamente suas excitações ressonantes, como portadores de informação. Em alguns casos, pesquisadores identificaram novos fenômenos que poderiam ajudar a informar a criação de novos dispositivos para aplicações spintrônicas e quânticas.

Em um novo estudo liderado pelo Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), pesquisadores descobriram uma nova maneira pela qual as excitações de spins magnéticos em dois filmes finos diferentes podem ser fortemente acoplados entre si por meio de sua interface comum. Este acoplamento dinâmico representa um tipo de sistema híbrido que está recebendo cada vez mais atenção de cientistas interessados ​​em sistemas de informação quântica.

"Uma maneira de pensar sobre isso é como se você tivesse dois pares de massas presas a molas, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Argonne e primeiro autor Yi Li." Nós sabemos que cada massa conectada a uma mola oscila periodicamente quando é atingida de fora. Mas se conectarmos as duas massas com uma terceira mola, então a oscilação de uma massa também irá desencadear a oscilação da outra massa, que pode ser usado para trocar informações entre as molas. O papel da terceira mola aqui é desempenhado pelo acoplamento de troca interfacial entre as duas camadas magnéticas. "

Com alguma engenharia inteligente, os pesquisadores podem definir a frequência de oscilação livre das duas camadas de spins magnéticos - as "massas" - para serem idênticas, onde são mais favoráveis ​​ao casal. Além disso, eles mostram que os dois sistemas podem ser "fortemente" acoplados, um estado que é importante para manter a coerência e pode inspirar aplicações em informações quânticas.

Além do estado de forte acoplamento, pesquisadores descobriram um novo efeito adicional na bicamada magnética que tem um impacto na coerência de suas excitações:um lado pode bombear energia, chamada de corrente de rotação, para o outro. Um comportamento notável e intrigante com relação ao novo acoplamento dinâmico envolve a troca de energia entre as duas camadas do material magnético.

De acordo com o cientista de materiais e autor do estudo da Universidade de Illinois, Axel Hoffmann, cada camada tem um determinado período de tempo durante o qual a dinâmica de magnetização geralmente persistirá de forma independente. Contudo, com a introdução da corrente de spin empurrando os spins em uma direção particular, pode haver energia suficiente transferida para que a dinâmica de magnetização dure substancialmente mais em uma das camadas.

"Sabíamos que existia um tipo rígido de acoplamento, mas o fato é que o outro acoplamento dinâmico também é importante - e importante o suficiente para que não possamos negligenciá-lo, "Hoffmann disse." Para sistemas de informação quântica, o nome do jogo é pegar alguma excitação e manipulá-la de alguma forma ou transferi-la para outra excitação, e isso é muito importante para o que estamos fazendo aqui. "

"Há uma interação magnética intrínseca que acopla essas duas camadas, "Li acrescentou." Podemos aplicar um campo magnético, e então podemos determinar se essas duas camadas estão bombeando em fase ou fora de fase. Essas interações controladas são, em princípio, o que as pessoas estão fazendo para o processamento quântico de informações. "

De acordo com Hoffmann, o experimento começou com a identificação de dois sistemas magnéticos que os pesquisadores sabiam que estavam acoplados. Ao procurar tornar o acoplamento tão forte quanto possível, em comparação com as excitações individuais no material, os pesquisadores foram capazes de ver os detalhes adicionais de como a transferência de energia do spin bombeamento aconteceu.

Um artigo baseado no estudo, "Bombeamento de rotação coerente em um sistema híbrido magnon-magnon fortemente acoplado, "apareceu na edição de 17 de março da Cartas de revisão física . Outros autores do estudo incluíram Zhizhi Zhang de Argonne, Jonathan Gibbons, John Pearson, Valentine Novosad, e Wei Zhang; Paul Haney, Mark Stiles, e Vivek Amin do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia; Wei Cao e William Bailey, da Columbia University; e Joseph Sklenar da Wayne State University.