Les ferroaimants à effet Hall quantique sont parmi les aimants les plus purs au monde et l'un des plus difficiles à étudier. Ces aimants 2D ne peuvent être fabriqués qu'à des températures inférieures à un degré au-dessus du zéro absolu et dans des champs magnétiques élevés, sur l'échelle d'une IRM.

Mais les ferroaimants à effet Hall quantique pourraient potentiellement faire des choses vraiment cool, comme la superfluidité du spin de l'hôte, lequel, comme la supraconductivité, permet d'envoyer des signaux sans perte d'énergie.

Dans un article récemment publié dans Science , chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), étaient capables à la fois d'exciter et de détecter des ondes de spin dans un ferromagnétique à effet Hall quantique, démontrant une nouvelle plate-forme pour étudier certaines des possibilités de ce matériau prometteur.

"Bien que les ferroaimants à effet Hall quantique soient étudiés depuis près de 40 ans, ces excitations magnétiques étaient jusqu'à présent inaccessibles en utilisant les schémas de mesure traditionnels, " dit Amir Yacoby, Professeur de physique et de physique appliquée à SEAS et auteur principal de l'article.

Yacoby et son équipe ont utilisé le graphène comme ferromagnétique à effet Hall quantique. Pour exciter une onde de spin, les chercheurs ont converti un signal électrique en un signal de spin en créant un différentiel de tension entre deux bords du graphène. Les électrons dans le "bord chaud" (le bord avec la tension la plus élevée) veulent se déplacer vers le "bord froid" (le bord avec la tension la plus basse) mais pour ce faire, ils ont besoin de retourner leur rotation.

"Lorsque les électrons retournent leur spin, ils dégagent une sorte d'élan, appelé moment cinétique de spin, " a déclaré Di Wei, un étudiant diplômé du Yacoby Lab et premier auteur de l'article. "Cet élan doit aller quelque part, et il arrive que le ferromagnétique soit là pour l'absorber."

Cet élan est comme un caillou tombé dans un étang :il déclenche une onde de rotation, qui se propage comme un jeu de téléphone quantique, chaque électron immobile et communiquant son spin à son voisin couplé.

Quand la vague atteint l'autre côté, il s'écrase sur les électrons sur le bord, leur transférant son élan et provoquant le retournement de la rotation des électrons. Lorsque le spin de l'électron bascule, les électrons se déplacent vers différentes zones sur le bord, qui est ensuite détecté comme un signal électrique par les chercheurs. Cette combinaison de spin avec l'électronique pourrait avoir un impact important sur une gamme d'applications, y compris les plus petits, plus rapide, et des ordinateurs plus efficaces.

"Des recherches antérieures ont démontré quelque chose de similaire, en termes d'utilisation d'un signal électrique pour générer une onde de spin, mais c'est la première fois que ce phénomène est montré dans un système 2D accordé au régime de Hall quantique, " a déclaré Wei. " Ce système nous permet également d'étudier des aspects passionnants des ondes de spin, potentiellement même la superfluidité de spin."