Mélanie Thomas
Les ondes de spin, un changement dans le spin des électrons qui se propage à travers un matériau, pourraient fondamentalement changer la façon dont les appareils stockent et transportent les informations. Ces ondes, également appelées magnons, ne se dispersent pas et ne se couplent pas avec d’autres particules. Dans les bonnes situations, ils peuvent même agir comme un superfluide, se déplaçant à travers un matériau sans aucune perte d’énergie.
Mais les propriétés mêmes qui les rendent si puissants les rendent également presque impossibles à mesurer. Dans une étude précédente, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson University of Engineering and Used Sciences (SEAS) ont démontré la capacité à la fois d’exciter et de détecter des ondes de spin dans un aimant en graphène bidimensionnel, mais ils n’ont pu mesurer aucune des ondes propriétés spécifiques.
Aujourd’hui, les chercheurs de SEAS ont démontré une nouvelle façon de mesurer les propriétés essentielles des ondes de spin dans le graphène.
“Dans les expériences précédentes, nous savions seulement que nous pouvions générer des ondes de spin, mais nous ne savions rien de leurs propriétés de manière quantitative”, a déclaré Amir Yacoby, professeur de physique et de physique appliquée à SEAS et auteur principal de l’article.. “Avec ce nouveau travail, nous pouvons déterminer tous ces nombres quantitatifs, y compris l’énergie et le nombre d’ondes de spin, leur potentiel chimique et leur température. C’est un outil extrêmement vital que nous pouvons utiliser pour explorer de nouvelles façons de générer des magnons et se rapprocher pour atteindre la superfluidité de spin.”
La recherche est publiée dans Character Physics.
Mesurer les propriétés d’une onde de spin revient à mesurer les propriétés d’un raz de marée si l’eau elle-même était indétectable. Si vous ne pouviez pas voir l’eau, remark pourriez-vous mesurer la vitesse, la hauteur ou le nombre de raz de marée ? Une façon serait d’introduire quelque chose dans le système que vous pouvez mesurer, comme un surfeur. La vitesse du raz de marée peut être détectée en mesurant la vitesse du surfeur.
Dans ce cas, Yacoby et son équipe ont utilisé un surfeur d’électrons.
Les chercheurs ont commencé avec un ferromagnétique à effet Hall quantique. Les ferroaimants à effet Corridor quantique sont des aimants fabriqués à partir de matériaux 2D, dans ce cas le graphène, où tous les spins des électrons sont dans la même direction. Si un électron avec un spin différent est introduit dans ce système, il utilisera de l’énergie pour essayer de retourner les spins de ses voisins.
Mais l’équipe de recherche a découvert que lorsqu’elle injectait un électron avec un spin différent dans le système, puis générait des ondes de spin, l’énergie dont l’électron avait besoin pour faire basculer ses voisins diminuait.
“Il est frappant de constater que d’une manière ou d’une autre, les électrons que nous mettons dans le système sont sensibles à la présence d’ondes de spin”, a déclaré Andrew T. Pierce, étudiant diplômé à SEAS et co-leading auteur de l’étude. “C’est presque comme si ces électrons s’agrippaient à l’onde et l’utilisaient pour aider à inverser les spins de leurs voisins.”
“Les ondes de spin n’aiment pas interagir avec quoi que ce soit, mais en utilisant des électrons et ce coût énergétique comme proxy pour sonder les propriétés d’une onde de spin, nous pouvons déterminer le potentiel chimique, qui, combiné à la connaissance de la température et de quelques autres propriétés, nous donne une description complète du magnon », a déclaré Yonglong Xie, chercheur postdoctoral à SEAS et co-leading auteur de l’étude. “Ceci est essentiel pour savoir si la obscure approche de la limite où elle atteint la superfluidité.”
La recherche pourrait également fournir une approche générale pour étudier d’autres systèmes exotiques difficiles à mesurer, tels que les matériaux moirés récemment découverts qui devraient supporter une variété d’ondes comme l’onde de spin étudiée dans ce travail.
Cette recherche a été co-écrite par Seung Hwan Lee, Patrick R. Forrester, Di S. Wei,
Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi et Bertrand I. Halperin. Il a été soutenu en partie par le Département américain de l’énergie, le Bureau des sciences de l’énergie de foundation, la Division des sciences et de l’ingénierie des matériaux sous la subvention DE-SC0001819, la Fondation Gordon et Betty Moore et la Countrywide Science Basis, sous la subvention DMR-1231319.
