Uma equipe liderada por pesquisadores do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente, no Japão, conseguiu criar um forte acoplamento entre duas formas de ondas – magnons e fônons – em um filme fino. É importante ressaltar que eles conseguiram isso à temperatura ambiente, abrindo caminho para o desenvolvimento de dispositivos híbridos baseados em ondas, onde as informações poderiam ser armazenadas e manipuladas de diversas maneiras.



A maioria dos dispositivos de computação em uso atualmente baseia-se no movimento de carga elétrica – elétrons – mas há limites para a velocidade com que os elétrons podem viajar, e seu movimento gera calor, o que cria perdas de energia e é ambientalmente indesejável.

Em resposta, os cientistas estão trabalhando para desenvolver dispositivos que aproveitem formas de energia semelhantes a ondas, como som, luz e rotação, pois poderiam levar à criação de mais dispositivos sem perdas.

Para a pesquisa atual, publicada em Physical Review Letters , os cientistas analisaram duas formas ondulatórias:magnons – quasipartículas que representam a excitação coletiva de spins, uma propriedade magnética, e fônons – um fenômeno acústico que, neste caso, era feito de ondas superficiais que se propagavam ao longo do filme.

De acordo com Yunyoung Hwang, o primeiro autor do estudo, "dispositivos que usam magnons e fônons foram desenvolvidos, mas nós, como outros pesquisadores, sentimos que a união de ultrassom e ímãs poderia levar a grandes saltos nas tecnologias de informação e comunicação. Quando esses dois os estados trabalham juntos de forma muito estreita, isso cria um novo estado híbrido, e sentimos que isso abrirá a porta para um progresso emocionante no processamento de informações."

Embora outros grupos tenham tentado fazer isso, houve um obstáculo:as ondas sonoras regulares nas superfícies não se ligam bem aos ímãs. A equipe conseguiu decifrar esse código usando um tipo diferente de ondas sonoras, chamadas ondas sonoras de cisalhamento, que combinam melhor com ímãs.

O elemento-chave que tornou o trabalho possível foi um pequeno dispositivo no chip chamado ressonador de ondas acústicas de superfície nanoestruturada. Ele confina as ondas de ultrassom a um local específico e aumenta as ondas sonoras de cisalhamento, permitindo um forte acoplamento entre as ondas sonoras da superfície e os ímãs no ressonador. Com isso, os pesquisadores conseguiram obter um forte acoplamento magnético-som em um Co₂₀ Fe₆₀ B₂₀ filme, à temperatura ambiente.

De acordo com Jorge Puebla, outro autor do estudo, "Em particular, sentimos que nosso trabalho contribuirá para o estudo de quasipartículas magnon-fônons coerentemente acopladas, o que poderia ajudar no desenvolvimento de dispositivos híbridos de processamento de informação baseados em ondas com perdas relativamente pequenas .

"Além disso, dois caminhos intrigantes emergem no horizonte:os avanços em nossos dispositivos podem nos levar ao regime de acoplamento ultraforte, um domínio ainda a ser totalmente explorado; alternativamente, ao realizar experimentos semelhantes em temperaturas ultrabaixas, temos o potencial para explorar fenômenos quânticos."

Mais informações: Yunyoung Hwang et al, Strongly Coupled Spin Waves and Surface Acoustic Waves at Room Temperature, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.056704. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2309.12690
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

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