Une équipe de recherche internationale dirigée par un physicien de l'Université de Californie, Bord de rivière, a identifié un processus microscopique de dynamique de spin des électrons dans les nanoparticules qui pourrait avoir un impact sur la conception d'applications en médecine, calcul quantique, et la spintronique.

Les nanoparticules magnétiques et les nanodispositifs ont plusieurs applications en médecine, telles que l'administration de médicaments et l'IRM, et les technologies de l'information. Le contrôle de la dynamique des spins (le mouvement des spins des électrons) est essentiel pour améliorer les performances de ces applications basées sur les nano-aimants.

"Ce travail fait progresser notre compréhension de la dynamique de spin dans les nano-aimants, " a déclaré Igor Barsukov, professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie et auteur principal de l'étude qui paraît aujourd'hui dans Avancées scientifiques .

L'électron tourne, qui précessent comme des toupies, sont liés les uns aux autres. Lorsqu'une rotation commence à précéder, la précession se propage aux spins voisins, qui déclenche une vague. Faire tourner les vagues, qui sont donc des excitations collectives de spins, se comportent différemment dans les aimants nanométriques que dans les aimants grands ou étendus. Dans les nano-aimants, les ondes de spin sont confinées par la taille de l'aimant, typiquement autour de 50 nanomètres, et présentent donc des phénomènes inhabituels.

En particulier, une onde de spin peut se transformer en une autre par un processus appelé "diffusion à trois magnons, " un magnon étant une unité quantique d'une onde de spin. Dans les nanoaimants, ce processus est amélioré de manière résonante, ce qui signifie qu'il est amplifié pour des champs magnétiques spécifiques.

En collaboration avec des chercheurs de l'UC Irvine et de Western Digital à San Jose, ainsi que des collègues théoriques en Ukraine et au Chili, Barsukov a démontré comment la diffusion de trois magnon, et donc les dimensions des nano-aimants, détermine comment ces aimants réagissent aux courants de spin. Cette évolution pourrait conduire à des avancées révolutionnaires.

"La spintronique ouvre la voie à une technologie de l'information plus rapide et économe en énergie, " a déclaré Barsukov. "Pour une telle technologie, les nano-aimants sont les blocs de construction, qui doivent être contrôlés par des courants de spin."

Barsukov a expliqué que malgré son importance technologique, une compréhension fondamentale de la dissipation d'énergie dans les nano-aimants a été insaisissable. Les travaux de l'équipe de recherche donnent un aperçu des principes de dissipation d'énergie dans les nano-aimants et pourraient permettre aux ingénieurs qui travaillent sur la spintronique et les technologies de l'information de construire de meilleurs appareils.

"Les processus microscopiques explorés dans notre étude peuvent également être importants dans le contexte du calcul quantique où les chercheurs tentent actuellement de traiter des magnons individuels, " a déclaré Barsukov. "Notre travail peut potentiellement avoir un impact sur plusieurs domaines de recherche."