La divisione tipo Rabi è causata dalle interazioni non lineari tra i magnoni nel ferromagnete sintetico

20 luglio 2025 rubrica di Ingrid Fadelli, Phys.org scrittrice contributrice a cura di Gaby Clark, recensita da Andrew Zinin editor scientifico caporedattore Questo articolo è stato valutato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno sottolineato i seguenti attributi garantendo la credibilità dei contenuti: verificato pubblicazione revisionata dai pari fonte affidabile corretto Gli antiferromagneti sintetici sono materiali magnetici attentamente progettati composti da strati ferromagnetici alternati con momenti magnetici allineati in direzioni opposte, separati da uno spaziatore non magnetico. Questi materiali possono mostrare interessanti pattern di magnetizzazione, caratterizzati da rapidi cambiamenti nel comportamento dei momenti magnetici in risposta a forze esterne, come correnti a radiofrequenza (RF). Quando la magnetizzazione di ciascuno strato negli antiferromagneti sintetici è disturbata da una forza esterna, i suoi momenti magnetici iniziano a 'precessare', o in altre parole, a ruotare attorno alla loro direzione di equilibrio. Studi precedenti hanno identificato due principali modi di oscillazione collettiva degli spin negli antiferromagneti sintetici, che influenzano la precessione dei momenti magnetici. Il primo è il modo acustico, caratterizzato dalla rotazione sincronizzata degli strati ferromagnetici nella stessa direzione e fase. Il secondo è il modo ottico, in cui gli strati ferromagnetici ruotano in direzioni opposte (cioè, con la magnetizzazione di uno strato che si inclina verso l'alto e l'altro verso il basso). Recentemente, i ricercatori dell'Università di Tohoku e di altri istituti hanno condotto uno studio per approfondire l'interazione tra i modi acustici e ottici negli antiferromagneti sintetici. Il loro articolo, pubblicato su Physical Review Letters, riporta l'osservazione di un fenomeno noto come "spacchettamento simile a Rabi" che suggerisce uno scambio di energia tra i due modi, il quale sembra derivare da interazioni non lineari tra tre quasiparticelle note come magnoni. 'Questo lavoro è emerso dalla convergenza di due direzioni di ricerca distinte', ha detto a Phys.org Shigemi Mizukami, co-autore dello studio. 'La dottoressa Aakanksha Sud aveva studiato precedentemente lo spacchettamento simile a Rabi dovuto all'accoppiamento di modi lineari negli antiferromagneti sintetici utilizzando metodi elettrici sotto simmetria rotta. 'Parallelamente, io e i miei colleghi stavamo investigando la dinamica lineare e non lineare in sistemi simili utilizzando tecniche completamente ottiche. Questo ci ha posto una domanda chiave: può emergere un forte accoppiamento non lineare senza rompere la simmetria?' Per rispondere a questa domanda di ricerca, il team ha realizzato un esperimento che combinava tecniche di eccitazione elettrica con dinamiche non lineari. Per comprendere meglio le loro osservazioni, hanno collaborato con il fisico teorico dottor K. Yamamoto, che li ha aiutati a confermare che lo spacchettamento simile a Rabi che hanno osservato è emerso dalle interazioni a tre magnoni senza rompere la simmetria. 'Abbiamo utilizzato una tecnica elettrica chiamata raddrizzamento RF, che ci consente di eccitare le dinamiche di magnetizzazione in un regime non lineare', ha spiegato Mizukami. 'Applicando una corrente RF a un antiferromagnete sintetico, composto da due strati ferromagnetici accoppiati antiferromagneticamente, abbiamo indotto risonanze magnetiche e monitorato il segnale di tensione prodotto'. Come parte del loro esperimento, i ricercatori hanno eccitato un antiferromagnete sintetico utilizzando una corrente RF, che ha indotto oscillazioni nei suoi strati magnetici. L'RF che hanno applicato aveva una frequenza di guida pari alla metà della frequenza di risonanza del modo ottico, poiché ciò ha permesso interazioni non lineari tra i modi acustici e ottici. In queste condizioni specifiche, hanno scoperto che il picco spettrale del modo acustico si divideva in due, un fenomeno noto come spacchettamento simile a Rabi. Questo fenomeno suggerisce un'accoppiamento tra i modi acustici e ottici. Scopri le ultime novità in scienza, tecnologia e spazio con oltre 100.000 iscritti che si affidano a Phys.org per approfondimenti quotidiani. Registrati alla nostra newsletter gratuita e ricevi aggiornamenti su scoperte, innovazioni e ricerche che contano, giornalmente o settimanalmente. 'La nostra scoperta chiave è che lo spacchettamento simile a Rabi dovuto all'accoppiamento non lineare tra i magnoni può verificarsi in un sistema simmetrico, senza ricorrere alla rottura della simmetria', ha detto Mizukami. 'Questo ha rivelato che le non linearità intrinseche possono ibridare da sole le modalità dei magnoni. Questi risultati aprono nuove opportunità per contribuire alla comprensione più ampia della dinamica non lineare in sistemi di materia condensata e alle applicazioni basate sui magnoni elettricamente sintonizzabili'.I risultati di questo recente studio potrebbero aprire la strada a ulteriori ricerche mirate ad esplorare interazioni non lineari e accoppiamento multi-mode in antiferromagneti sintetici e altri materiali magnetici. In futuro, potrebbero anche contribuire allo sviluppo di nuovi dispositivi magnetici regolabili e spintronici. "Stiamo ora considerando come l'accoppiamento non lineare influenzi i magnoni propaganti, non solo le risonanze magnetiche stazionarie dimostrate in questo studio, per una maggiore comprensione e in vista di potenziali applicazioni basate sui magnoni", ha aggiunto Mizukami. "Pianifichiamo di sviluppare nuove architetture di dispositivi per controllare la propagazione dei magnoni attraverso il design dei materiali e la nanofabbricazione, per creare piattaforme scalabili a basso consumo energetico per la computazione spintronica e neuromorfica basata sulla dinamica non lineare dei magnoni", ha aggiunto Sud. Scritto per voi dalla nostra autrice Ingrid Fadelli, editato da Gaby Clark, verificato e revisionato da Andrew Zinin - questo articolo è il risultato di un attento lavoro umano. Facciamo affidamento sui lettori come voi per mantenere viva il giornalismo scientifico indipendente. Se questa informazione è importante per voi, vi invitiamo a considerare una donazione (soprattutto mensile). Riceverete un account senza pubblicità in segno di ringraziamento. Per ulteriori informazioni: Accoppiamento non lineare controllato elettricamente tra magnoni in un antiferromagnete sintetico. Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/sc6y-rxbg. 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