Trabalhando com teóricos na Pritzker School of Molecular Engineering da University of Chicago, pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) alcançaram um controle científico inédito no gênero. Eles demonstraram uma nova abordagem que permite o controle em tempo real das interações entre fótons e magnons de microondas, potencialmente levando a avanços em dispositivos eletrônicos e processamento de sinal quântico.

Fótons de micro-ondas são partículas elementares que formam as ondas eletromagnéticas que usamos para comunicações sem fio. Por outro lado, magnons são as partículas elementares que formam o que os cientistas chamam de "ondas de spin" - distúrbios semelhantes a ondas em uma série ordenada de spins microscópicos alinhados que podem ocorrer em certos materiais magnéticos.

A interação fóton-magnon de micro-ondas surgiu nos últimos anos como uma plataforma promissora para o processamento de informações clássicas e quânticas. Ainda, esta interação provou ser impossível de manipular em tempo real, até agora.

"Antes de nossa descoberta, controlar a interação fóton-magnon era como atirar uma flecha para o ar, "disse Xufeng Zhang, um cientista assistente no Center for Nanoscale Materials, um recurso de usuário DOE em Argonne, e o autor correspondente deste trabalho. "Não se tem controle algum sobre aquela flecha uma vez em vôo."

A descoberta da equipe mudou isso. "Agora, é mais como pilotar um drone, onde podemos guiar e controlar seu vôo eletronicamente, "disse Zhang.

Por engenharia inteligente, a equipe emprega um sinal elétrico para alterar periodicamente a frequência vibracional do magnon e, assim, induzir a interação magnon-fóton eficaz. O resultado é um dispositivo magnônico de micro-ondas inédito com capacidade de ajuste sob demanda.

O dispositivo da equipe pode controlar a intensidade da interação fóton-magnon em qualquer ponto enquanto a informação está sendo transferida entre fótons e magnons. Ele pode até mesmo ativar e desativar completamente a interação. Com esse recurso de ajuste, os cientistas podem processar e manipular informações de maneiras que ultrapassam em muito os dispositivos magnônicos híbridos atuais.

"Os pesquisadores têm procurado uma maneira de controlar essa interação nos últimos anos, "observou Zhang. A descoberta da equipe abre uma nova direção para o processamento de sinais baseados em magnons e deve levar a dispositivos eletrônicos com novos recursos. Também pode permitir aplicações importantes para o processamento de sinais quânticos, onde as interações magnônicas de microondas estão sendo exploradas como um candidato promissor para a transferência de informações entre diferentes sistemas quânticos.

O DOE Office of Basic Energy Sciences apoiou esta pesquisa, que foi publicado em Cartas de revisão física .