Travaillant avec des théoriciens de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) ont réalisé un contrôle scientifique unique en son genre. Ils ont démontré une nouvelle approche qui permet de contrôler en temps réel les interactions entre les photons micro-ondes et les magnons, potentiellement conduire à des avancées dans les dispositifs électroniques et le traitement du signal quantique.

Les photons micro-ondes sont des particules élémentaires formant les ondes électromagnétiques que nous utilisons pour les communications sans fil. D'autre part, les magnons sont les particules élémentaires formant ce que les scientifiques appellent des « ondes de spin », des perturbations ondulatoires dans un réseau ordonné de spins microscopiques alignés qui peuvent se produire dans certains matériaux magnétiques.

L'interaction micro-ondes photon-magnon est apparue ces dernières années comme une plate-forme prometteuse pour le traitement de l'information à la fois classique et quantique. Encore, cette interaction s'était avérée impossible à manipuler en temps réel, jusqu'à maintenant.

"Avant notre découverte, contrôler l'interaction photon-magnon était comme tirer une flèche en l'air, " dit Xufeng Zhang, un assistant scientifique au Centre des matériaux à l'échelle nanométrique, une installation d'utilisateurs du DOE à Argonne, et l'auteur correspondant de cet ouvrage. "On n'a aucun contrôle sur cette flèche une fois en vol."

La découverte de l'équipe a changé cela. "Maintenant, c'est plus comme piloter un drone, où nous pouvons guider et contrôler son vol électroniquement, " dit Zhang.

Par ingénierie intelligente, l'équipe utilise un signal électrique pour modifier périodiquement la fréquence de vibration du magnon et ainsi induire une interaction magnon-photon efficace. Le résultat est un tout premier dispositif magnéto-micro-ondes avec accord à la demande.

L'appareil de l'équipe peut contrôler la force de l'interaction photon-magnon à tout moment pendant que les informations sont transférées entre les photons et les magnons. Il peut même activer et désactiver complètement l'interaction. Avec cette capacité de réglage, les scientifiques peuvent traiter et manipuler l'information d'une manière qui surpasse de loin les dispositifs magnéniques hybrides actuels.

« Les chercheurs cherchent depuis quelques années un moyen de contrôler cette interaction, " a noté Zhang. La découverte de l'équipe ouvre une nouvelle direction pour le traitement du signal basé sur magnon et devrait conduire à des appareils électroniques dotés de nouvelles capacités. Elle peut également permettre des applications importantes pour le traitement du signal quantique, où les interactions micro-ondes-magnétiques sont explorées comme un candidat prometteur pour le transfert d'informations entre différents systèmes quantiques.

Le DOE Office of Basic Energy Sciences a soutenu cette recherche, qui a été publié dans Lettres d'examen physique .