Podział typu Rabi powstaje z nieliniowych interakcji między magnonami w syntetycznym antyferromagnecie

20 lipca 2025 funkcja

autorstwa Ingrid Fadelli, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Gaby Clark, recenzowane przez Andrew Zinina

redaktor naukowy

główny redaktor

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

zweryfikowane faktami

publikacja recenzowana przez rówieśników

Zaufane źródło

skorygowane

Syntetyczne antyferromagnesy to starannie skonstruowane materiały magnetyczne składające się z warstw ferrytowych o przeciwnie ustawionych momentach magnetycznych, oddzielonych nienamagnetyczną warstwą rozdzielającą. Te materiały mogą wykazywać interesujące wzorce namagnesowania, charakteryzujące się gwałtownymi zmianami w zachowaniu momentów magnetycznych w odpowiedzi na siły zewnętrzne, takie jak prądy o częstotliwości radiowej (RF).

Gdy namagnesowanie każdej warstwy w syntetycznych antyferromagnesach zostanie zakłócone przez siłę zewnętrzną, jego momenty magnetyczne zaczynają "precesować", czyli w innych słowach obracać się wokół swojego kierunku równowagi. Przeszłe badania zidentyfikowały dwa podstawowe tryby oscylacji spinów zbiorowych w syntetycznych antyferromagnesach, wpływające na to, jak momenty magnetyczne precesują.

Pierwszy to tryb akustyczny, charakteryzujący się synchronicznym obrotem warstw ferrytowych w tym samym kierunku i fazie. Drugi to tryb optyczny, w którym warstwy ferrytowe obracają się w przeciwnych kierunkach (czyli jedna warstwa magnetyzacji jest ustawiona w górę, a druga w dół).

Badacze z Uniwersytetu Tohoku i innych instytutów niedawno przeprowadzili badanie w celu dalszego zbadania interakcji pomiędzy trybami akustycznym i optycznymi w syntetycznych antyferromagnesach. Ich praca, opublikowana w Physical Review Letters, raportuje obserwację zjawiska znanego jako rozszczepienie typu Rabi, które wskazuje na wymianę energii między tymi dwoma trybami, wydaje się wynikać z nieliniowych interakcji między trzema kwazicząstkami znanymi jako magnony.

'Ta praca wynikła ze zbiegu dwóch odrębnych kierunków badawczych,' powiedział Phys.org Shigemi Mizukami, współautorka pracy. 'Dr Aakanksha Sud wcześniej badała rozszczepienie typu Rabi z powodu sprzężenia modalnego w syntetycznych antyferromagnesach za pomocą metod elektrycznych podczas łamania symetrii.

'Równolegle ja i moi koledzy badaliśmy dynamikę liniową i nieliniową w podobnych systemach za pomocą technik całkowicie optycznych. To postawiło dla nas kluczowe pytanie: czy silne nieliniowe sprzężenie może pojawić się bez łamania symetrii?'

Aby odpowiedzieć na to pytanie badawcze, zespół przeprowadził eksperyment, który łączył różne techniki elektrycznego wzbudzenia z dynamiką nieliniową. Aby lepiej zrozumieć swoje obserwacje, współpracowali z fizykiem teoretycznym dr. K. Yamamoto, który pomógł im potwierdzić, że wyraźne rozszczepienie typu Rabi, które zaobserwowali, wynikało z trój-magnonowych interakcji bez łamania symetrii.

'Skorzystaliśmy z techniki elektrycznej zwanej prostownikiem RF, co pozwoliło nam wzbudzić dynamikę namagnesowania w reżimie nieliniowym,' wyjaśnił Mizukami. 'Poprzez zastosowanie prądu RF do syntetycznego antyferromagnesu - składającego się z dwóch ferromagnetycznie sprzężonych warstw ferrytowych - indukowaliśmy rezonanse magnetyczne i monitorowaliśmy sygnał napięciowy, który wywoływały.'

W ramach swojego eksperymentu badacze wzbudzili syntetyczny antyferromagnes za pomocą prądu RF, co wywołało oscylacje w jego warstwach magnetycznych. RF, który zastosowali, miał częstotliwość napędzania równą połowie częstotliwości rezonansowej trybu optycznego, ponieważ to umożliwiło nieliniowe interakcje między trybami akustycznymi i optycznymi.

W tych konkretnych warunkach odkryli, że szczyt spektralny trybu akustycznego rozszczepił się na dwa, zjawisko to nazywane jest rozszczepieniem typu Rabi. To zjawisko wskazuje na sprzężenie między trybami akustycznymi i optycznymi.

Odkryj najnowsze wiadomości ze świata nauki, technologii i kosmosu z ponad 100 000 subskrybentów, którzy codziennie polegają na Phys.org dla codziennych wglądów. Zapisz się na nasz bezpłatny biuletyn i otrzymuj aktualizacje dotyczące odkryć, innowacji i badań, które mają znaczenie - codziennie lub co tydzień.

'Naszym kluczowym odkryciem jest to, że rozszczepienie typu Rabi związane z nieliniowym sprzężeniem magnonów może wystąpić w układzie symetrycznym, bez konieczności łamania symetrii,' powiedział Mizukami. 'To ujawniło, że same nieliniowości mogą hybrydyzować tryby magnonowe. Te wyniki otwierają nowe możliwości dla większego zrozumienia dynamiki nieliniowej w układach kondensowanych materii i zastosowań magnonów sterowanych elektrycznie.'

Wyniki tej niedawnej studium mogą otworzyć drogę do dalszych badań mających na celu eksplorację nieliniowych interakcji i sprzężeń wielomodalnych w syntetycznych antyferromagnetykach oraz innych materiałach magnetycznych. W przyszłości mogą one również przyczynić się do rozwoju nowych urządzeń magnetycznych i spintronicznych podatnych na regulację. "Teraz rozważamy, w jaki sposób nieliniowy sprzężenie wpływa na propagujące magnony, a nie tylko na stojące rezonanse magnetyczne zaprezentowane w tej studium, dla dalszego zrozumienia i w kontekście potencjalnych zastosowań opartych na magnonach," dodał Mizukami. "Planujemy opracować nową architekturę urządzeń do kontrolowania propagacji magnonów poprzez projektowanie materiałów i nanofabrykację, aby stworzyć skalowalne, niskoenergetyczne platformy dla spintroniki i obliczeń neuromorficznych opartych na nieliniowej dynamice magnonowej," dodał Sud. Napisane dla Ciebie przez naszą autorkę Ingrid Fadelli, zredagowane przez Gaby Clark i skonsultowane przez Andrew Zinina—ten artykuł jest wynikiem starannej pracy ludzkiej. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby utrzymać niezależną dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta relacja ma dla Ciebie znaczenie, prosimy o rozważenie wsparcia (szczególnie comiesięcznego). Dostaniesz bezreklamowe konto jako podziękowanie. Więcej informacji: Kontrolowane elektrycznie nieliniowe sprzężenie magnonowe w syntetycznym antyferromagnecie. Fizyczne Listy Przeglądowe (2025). DOI: 10.1103/sc6y-rxbg. Informacje o czasopiśmie: Fizyczne Listy Przeglądowe © 2025 Sieć Science X.