Des chercheurs de l'Université de Californie, Bord de rivière, ont utilisé un antiferromagnétique synthétique à l'échelle nanométrique pour contrôler l'interaction entre les magnons, une recherche qui pourrait conduire à des ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie.

Dans les ferroaimants, les spins des électrons pointent dans la même direction. Pour rendre les futures technologies informatiques plus rapides et plus économes en énergie, la recherche en spintronique utilise la dynamique des spins (fluctuations des spins des électrons) pour traiter l'information. Magnon, les unités de mécanique quantique des fluctuations de spin, intéragir ensemble, conduisant à des caractéristiques non linéaires de la dynamique de spin. De telles non-linéarités jouent un rôle central dans la mémoire magnétique, oscillateurs de couple de rotation, et de nombreuses autres applications spintroniques.

Par exemple, dans le domaine émergent des réseaux neuromorphiques magnétiques - une technologie qui imite le cerveau - les non-linéarités sont essentielles pour régler la réponse des neurones magnétiques. Aussi, dans un autre domaine de recherche frontalier, la dynamique de spin non linéaire peut devenir instrumentale.

« Nous anticipons les concepts d'information quantique et de spintronique pour se consolider dans des systèmes quantiques hybrides, " a déclaré Igor Barsukov, professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie qui a dirigé l'étude publiée dans Matériaux appliqués et interfaces . "Nous devrons contrôler la dynamique de spin non linéaire au niveau quantique pour atteindre leur fonctionnalité."

Barsukov a expliqué que dans les nano-aimants, qui servent de briques de base à de nombreuses technologies spintroniques, les magnons montrent des niveaux d'énergie quantifiés. L'interaction entre les magnons suit certaines règles de symétrie. L'équipe de recherche a appris à concevoir l'interaction magnon et a identifié deux approches pour atteindre la non-linéarité :briser la symétrie de la configuration de spin du nano-aimant; et modifier la symétrie des magnons. Ils ont choisi la seconde approche.

"La modification de la symétrie de magnon est l'approche la plus difficile mais aussi la plus conviviale, " dit Arezoo Etesamirad, le premier auteur du document de recherche et un étudiant diplômé du laboratoire de Barsukov.

Dans leur approche, les chercheurs ont soumis un nano-aimant à un champ magnétique qui a montré une non-uniformité à des échelles de longueur nanométriques caractéristiques. Ce champ magnétique non uniforme à l'échelle nanométrique devait lui-même provenir d'un autre objet à l'échelle nanométrique.

Pour une source d'un tel champ magnétique, les chercheurs ont utilisé un antiferromagnétique synthétique à l'échelle nanométrique, ou SAF, constitué de deux couches ferromagnétiques avec une orientation de spin antiparallèle. Dans son état normal, Le SAF ne génère pratiquement aucun champ parasite - le champ magnétique entourant le SAF, ce qui est très petit. Une fois qu'il subit la transition dite de spin-flop, les spins deviennent inclinés et le SAF génère un champ parasite avec une non-uniformité à l'échelle nanométrique, comme requis. Les chercheurs ont basculé le SAF entre l'état normal et l'état de spin-flop de manière contrôlée pour activer et désactiver le champ de rupture de symétrie.

"Nous avons pu manipuler le coefficient d'interaction magnon d'au moins un ordre de grandeur, " Etesamirad a déclaré. "C'est un résultat très prometteur, qui pourrait être utilisé pour concevoir un couplage magnon cohérent dans les systèmes d'information quantique, créer des états dissipatifs distincts dans les réseaux neuromorphiques magnétiques, et contrôler les grands régimes d'excitation dans les dispositifs à couple de spin."