p Físicos do MIPT e do Russian Quantum Center, acompanhado por colegas da Saratov State University e da Michigan Technological University, demonstraram novos métodos para controlar ondas de spin em filmes de granada de ferro de bismuto nanoestruturados por meio de pulsos de laser curtos. Apresentado em Nano Letras , a solução tem potencial para aplicações em transferência de informações com eficiência energética e computação quântica baseada em spin. p O spin de uma partícula é o seu momento angular intrínseco, que sempre tem uma direção. Em materiais magnetizados, todos os giros apontam para uma direção. Uma perturbação local desta ordem magnética é acompanhada pela propagação de ondas de spin, cujos quanta são conhecidos como magnons.

p Ao contrário da corrente elétrica, a propagação da onda de spin não envolve uma transferência de matéria. Como resultado, usar magnons em vez de elétrons para transmitir informações leva a perdas térmicas muito menores. Os dados podem ser codificados na fase ou amplitude de uma onda de spin e processados ​​por meio de interferência de onda ou efeitos não lineares.

p Componentes lógicos simples baseados em magnons já estão disponíveis como dispositivos de amostra. Contudo, um dos desafios da implementação desta nova tecnologia é a necessidade de controlar certos parâmetros da onda de spin. Em muitos aspectos, excitar magnons opticamente é mais conveniente do que por outros meios, com uma das vantagens apresentadas no recente artigo em Nano Letras .

p Os pesquisadores excitaram ondas de spin em uma granada de ferro bismuto nanoestruturada. Mesmo sem nanopadronização, esse material tem propriedades optomagnéticas únicas. É caracterizado por baixa atenuação magnética, permitindo que os magnons se propaguem por grandes distâncias, mesmo em temperatura ambiente. Também é altamente transparente opticamente na faixa do infravermelho próximo e tem uma constante de Verdet alta.

p O filme usado no estudo tinha uma estrutura elaborada:uma camada inferior lisa com uma grade unidimensional formada na parte superior, com um período de 450 nanômetros. Esta geometria permite a excitação de magnons com uma distribuição de spin muito específica, o que não é possível para um filme não modificado.

p Para excitar a precessão de magnetização, a equipe usou pulsos de laser de bomba polarizada linearmente, cujas características afetaram a dinâmica do spin e o tipo de ondas de spin geradas. Mais importante, a excitação das ondas resultou de efeitos optomagnéticos em vez de térmicos.

p Os pesquisadores confiaram em pulsos de sonda de 250 femtossegundos para rastrear o estado da amostra e extrair as características da onda de spin. Um pulso de sonda pode ser direcionado a qualquer ponto da amostra com um atraso desejado em relação ao pulso da bomba. Isso produz informações sobre a dinâmica de magnetização em um determinado ponto, que pode ser processado para determinar a frequência espectral da onda de spin, modelo, e outros parâmetros.

p Ao contrário dos métodos disponíveis anteriormente, a nova abordagem permite controlar a onda gerada variando vários parâmetros do pulso de laser que a excita. Além disso, a geometria do filme nanoestruturado permite que o centro de excitação seja localizado em um ponto de cerca de 10 nanômetros de tamanho. O nanopadrão também possibilita a geração de vários tipos distintos de ondas de spin. O ângulo de incidência, o comprimento de onda e a polarização dos pulsos de laser permitem a excitação ressonante dos modos de guia de onda da amostra, que são determinados pelas características da nanoestrutura, para que o tipo de ondas de spin excitadas possa ser controlado. É possível que cada uma das características associadas à excitação óptica seja variada independentemente para produzir o efeito desejado.

p "A nanofotônica abre novas possibilidades na área do magnetismo ultrarrápido, "disse o co-autor do estudo, Alexander Chernov, que chefia o Laboratório de Heteroestruturas Magnéticas e Spintrônica no MIPT. “A criação de aplicações práticas dependerá da capacidade de ir além da escala submicrométrica, aumentando a velocidade de operação e a capacidade de multitarefa. Mostramos uma maneira de superar essas limitações por meio da nanoestruturação de um material magnético. Localizamos com sucesso a luz em um ponto com algumas dezenas de nanômetros de diâmetro e efetivamente estimulamos ondas de spin estacionárias de várias ordens. Este tipo de ondas de spin permite que os dispositivos operem em altas frequências, até a faixa de terahertz. "

p O artigo demonstra experimentalmente uma eficiência de lançamento aprimorada e capacidade de controlar a dinâmica de spin sob excitação óptica por pulsos de laser curtos em um filme nanopadronizado especialmente projetado de granada de ferro de bismuto. Ele abre novas perspectivas para processamento de dados magnéticos e computação quântica com base em oscilações de spin coerentes.