DMI позволяет Магнон

Международная группа исследователей создала смешанное магнонное состояние в органическом гибридном перовскитном материале, используя взаимодействие Дзялошинского-Мория (ДМИ). Полученный материал обладает потенциалом для обработки и хранения информации квантовых вычислений. Работа также расширяет число потенциальных материалов, которые можно использовать для создания гибридных магнонных систем.

В магнитных материалах квазичастицы, называемые магнонами, направляют спин электронов внутри материала. Существует два типа магнонов – оптические и акустические – в зависимости от направления их вращения.

«И оптические, и акустические магноны распространяют спиновые волны в антиферромагнетиках», — говорит Дали Сан, доцент кафедры физики и сотрудник Лаборатории органической и углеродной электроники (ORaCEL) в Университете штата Северная Каролина. «Но чтобы использовать спиновые волны для обработки квантовой информации, вам нужно состояние смешанной спиновой волны».

«Обычно две магнонные моды не могут генерировать смешанное спиновое состояние из-за их различной симметрии», — говорит Сан. «Но, используя DMI, мы обнаружили гибридный перовскит со смешанным магнонным состоянием». Сан также является автором исследования.

Исследователи добились этого, добавив к материалу органический катион, который создал особое взаимодействие, называемое DMI. Короче говоря, DMI нарушает симметрию материала, позволяя спинам смешиваться.

Команда использовала магнитный гибридный органо-неорганический перовскит на основе меди, который имеет уникальную октаэдрическую структуру. Эти октаэдры могут наклоняться и деформироваться по-разному. Добавление органического катиона к материалу нарушает симметрию, создавая углы внутри материала, которые позволяют различным магнонным модам соединяться, а спинам смешиваться.

«Помимо квантовых последствий, мы впервые наблюдаем нарушение симметрии в гибридном органо-неорганическом перовските», — говорит Эндрю Комсток, научный сотрудник аспиранта штата Северная Каролина и первый автор исследования.

«Мы обнаружили, что DMI обеспечивает взаимодействие магнонов в гибридных перовскитных материалах на основе меди с правильными требованиями симметрии», — говорит Комсток. «Добавление разных катионов создает разные эффекты. Эта работа действительно открывает способы создания магнонной связи из множества разных материалов – и изучение динамических эффектов этого материала также может научить нас новой физике».

Работа опубликована в журнале Nature Communications и в первую очередь поддерживалась Центром гибридных органических неорганических полупроводников для энергетики (CHOISE) Министерства энергетики США. Чунг-Тао Чоу из Массачусетского технологического института является соавтором этой работы. Луцяо Лю из Массачусетского технологического института, а также Мэтью Бирд и Хайпэн Лу из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии являются соавторами исследования.

-пик-

Примечание для редакции: Далее следует аннотация.

"Гибридная магноника в гибридных перовскитных антиферромагнетиках"

ДОИ:10.1038/s41467-023-37505-w

Авторы: Эндрю Комсток, Тонхуэй Ван, Арам Амассян, Дали Сан, Университет штата Северная Каролина; Чунг-Тао Чоу, Луцяо Лю, Массачусетский технологический институт; Чжию Ван, Гонконгский университет науки и технологий; Жуи Сун, Университет Дьюка; Джозеф Скленар, Государственный университет Уэйна; Вэй Чжан, Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл; Хайпэн Лу, Мэтью Бирд, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергииОпубликовано: 1 апреля 2023 г., журнал Nature Communications

Абстрактный: Гибридные магнонные системы являются новинкой в ​​области когерентной обработки информации благодаря своим богатым функциональным возможностям квантовой инженерии. Одним из типичных примеров является гибридная магноника в антиферромагнетиках с анизотропией легкой плоскости, которая напоминает квантово-механически смешанную двухуровневую спиновую систему за счет взаимодействия акустических и оптических магнонов. Обычно связь между этими ортогональными модами запрещена из-за их противоположной четности. Здесь мы показываем, что взаимодействие Дзялошинского-Мория (ДМИ), киральное антисимметричное взаимодействие, которое происходит в магнитных системах с низкой симметрией, может снять это ограничение. Мы сообщаем, что слоистые гибридные перовскитные антиферромагнетики с межслойным DMI могут привести к сильной внутренней силе магнонно-магнонной связи до 0,24 ГГц, что в четыре раза превышает скорости диссипации акустических/оптических мод. Наша работа показывает, что ДМИ в этих гибридных антиферромагнетиках обещает использовать магнон-магнонную связь путем использования нарушения симметрии в легко настраиваемой, поддающейся обработке слоистых магнитных платформ.