Une équipe de chercheurs de l'Université d'Utrecht, l'Université norvégienne des sciences et de la technologie et l'Université de Constance ont récemment proposé une nouvelle méthode pour déterminer la cohérence du magnon dans les dispositifs à semi-conducteurs. Leur étude, décrit dans un article publié dans Lettres d'examen physique , montre que les corrélations croisées de courants de spin purs injectés par un ferroaimant dans deux conducteurs métalliques normalisés par leur valeur continue reproduisent le comportement de la fonction de cohérence optique du second ordre, appelé g ⁽²⁾ , lorsque les magnons sont éloignés de l'équilibre.

"Considérez une grande salle pleine de gens qui font la fête, " Akash Kamra, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Ces gens peuvent soit se comporter comme dans une boîte de nuit, se cogner de manière désordonnée et avec des mouvements chaotiques, ou les fêtards pourraient être dirigés par un hôte commun, comme lors d'une fête de mariage. Une telle foule «condensée» de personnes se déplace rapidement sans se cogner."

Kamra fait une analogie entre les situations de fête qu'il décrivait et les magnons, des particules quantiques qui correspondent à une diminution spécifique de la force magnétique, voyageant comme une unité à travers une substance magnétique. Dans son analogie, une "fête" non coordonnée se produirait si les magnons sont dans un état "thermique", tandis qu'un coordonné s'ils sont dans un état "cohérent" ou "condensé". Le mouvement coordonné des invités dans le deuxième type de fête, d'autre part, correspondrait à un écoulement superfluide, qui est la manifestation d'un état remarquable de la matière :le condensat.

« Pour plusieurs raisons scientifiques et technologiques fondamentales, le condensat magnon est une entité intrigante et précieuse, et la principale avancée de notre article est que nous proposons une méthode pour le détecter sans ambiguïté, " dit Kamra.

Si l'on devait ouvrir deux portes à une grande pièce contenant des tas de personnes et garder une trace du nombre de personnes qui sortent de la pièce par chaque porte dans un laps de temps donné, elle serait capable d'identifier dans quel état se trouvent ces personnes. En d'autres termes, en comparant les statistiques des personnes sortant des deux portes, on serait en mesure de déterminer si les gens se comportent de manière non coordonnée ou coordonnée.

« De façon remarquable et contre-intuitive, cela ne peut pas être réalisé avec une seule porte, " expliqua Kamra. " C'est là que l'analogie entre les magnons (les particules quantiques des ondes de spin dans les aimants) et les gens échoue nécessairement :les magnons suivent les lois étranges du monde quantique et n'obéissent pas aux règles de notre classique, domaine de tous les jours."

Le travail de Kamra et de ses collègues s'est inspiré d'une expérience classique avec des photons, les particules quantiques qui composent la lumière, dans lequel les photons du même faisceau lumineux sont détectés à deux emplacements différents. La comparaison des statistiques des temps de détection de ces photons à deux endroits permet aux chercheurs d'obtenir des informations directes sur l'état du faisceau lumineux (c'est-à-dire d'identifier s'il est thermique ou cohérent).

"Notre objectif était de trouver et de proposer une méthode similaire pour détecter si un faisceau magnon est cohérent ou non, " a déclaré Kamra. "Traitant avec un support complètement différent (un matériau magnétique pour les magnons par opposition à l'espace libre pour la lumière), nous avons réussi à identifier un moyen expérimentalement réalisable pour réaliser cette détection de magnon-cohérence via la mesure des corrélations croisées des courants de spin. »

Les chercheurs suggèrent d'interfacer une couche magnétique, qui héberge des magnons, avec deux fils métalliques non magnétiques distincts. Les magnons injectent un courant de spin dans les deux fils métalliques, qui peut être détecté via les associés, courant de charge à effet Hall à spin inverse.

"Nous suggérons de mesurer les courants de spin continus dans les deux fils en plus de la corrélation croisée des deux courants de spin, " a déclaré Kamra. " Un rapport de la corrélation croisée au produit des deux courants de spin est égal à 1 pour un système de magnon parfaitement cohérent. Lorsque le rapport s'écarte de 1, il sert de mesure et permet de quantifier la cohérence dans le système magnon."

La découverte la plus importante recueillie par Kamra et ses collègues est que le mécanisme et la méthode bien établis pour détecter la cohérence d'un faisceau lumineux fonctionnent en réalité pour des particules quantiques complètement différentes, comme les magnons, également. Lors de l'application de cette méthode aux magnons, cependant, il faut tenir compte du fait que les systèmes qui hébergent ces particules sont généralement très petits (moins d'un millimètre de long) par rapport aux faisceaux lumineux, qui s'étendent généralement sur plusieurs mètres ou kilomètres.

« En gardant cette distinction à l'esprit, nous avons proposé une méthode d'utilisation des corrélations croisées de courant de spin pour la détection de cohérence, " a déclaré Kamra. "Notre travail démontre également que la même idée actuelle de corrélations croisées peut être utilisée pour mesurer la cohérence pour toute la gamme d'excitations bosoniques, tels que les phonons et les excitons, dans les systèmes à semi-conducteurs, ouvrant des perspectives passionnantes pour de multiples communautés de recherche."

Les découvertes recueillies par les chercheurs sont une contribution significative à la magnésie quantique, un domaine d'étude qui cherche à explorer et à exploiter la nature quantique des magnons. La réalisation d'une détection aussi robuste de la cohérence magnon est un grand pas en avant, car il pourrait ouvrir la voie au développement de concepts et de dispositifs basés sur les supercourants de spin et la superfluidité.

"Notre proposition actuelle est simplement une première petite fenêtre sur le monde passionnant de la magnésie quantique, " a déclaré Kamra. " Cette fenêtre montre comment réaliser dans les aimants ce qui a déjà été réalisé avec la lumière. Nous travaillons maintenant à explorer davantage le potentiel de la technique de corrélation croisée et à étudier les phénomènes qui vont au-delà des propriétés bosoniques standard de la lumière. »

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