Quantum Hall-ferromagneten behoren tot de zuiverste magneten ter wereld - en een van de moeilijkst te bestuderen. Deze 2D-magneten kunnen alleen worden gemaakt bij temperaturen lager dan een graad boven het absolute nulpunt en in hoge magnetische velden, over de omvang van een MRI.

Maar quantum Hall-ferromagneten kunnen mogelijk heel coole dingen doen, zoals gastheer spin superfluïditeit, die, zoals supergeleiding, maakt het mogelijk om signalen te verzenden zonder energieverlies.

In een onlangs gepubliceerd artikel in Wetenschap , onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), waren in staat om zowel spingolven op te wekken als te detecteren in een quantum Hall-ferromagneet, een nieuw platform demonstreren om enkele van de mogelijkheden van dit veelbelovende materiaal te onderzoeken.

"Hoewel de quantum Hall-ferromagneten al bijna 40 jaar worden bestudeerd, deze magnetische excitaties waren tot nu toe ontoegankelijk met behulp van traditionele meetschema's, " zei Amir Yacoby, Hoogleraar natuurkunde en toegepaste natuurkunde bij SEAS en senior auteur van het artikel.

Yacoby en zijn team gebruikten grafeen als hun quantum Hall-ferromagneet. Om een ​​spingolf op te wekken, de onderzoekers zetten een elektrisch signaal om in een spinsignaal door een spanningsverschil te creëren tussen twee randen in het grafeen. Elektronen in de "hot edge" (de rand met hogere spanning) willen naar de "koude rand" (de rand met lagere spanning) maar om dit te doen, ze moeten hun draai omdraaien.

"Wanneer de elektronen hun spin omdraaien, geven ze een soort momentum af, genaamd spin-impulsmoment, " zei Di Wei, een afgestudeerde student in het Yacoby Lab en eerste auteur van het artikel. "Dat momentum moet ergens heen, en het gebeurt dat de ferromagneet er is om het te absorberen."

Dat momentum is als een kiezelsteen die in een vijver valt:het zet een spin-golf op gang, die zich voortplant als een kwantumspel van de telefoon, elk elektron staat stil en communiceert spin met zijn gekoppelde buur.

Als de golf de andere kant bereikt, het botst tegen de elektronen aan de rand, zijn momentum naar hen over te dragen en ervoor te zorgen dat de elektronen hun spin omdraaien. Wanneer de elektronspin omdraait, de elektronen verplaatsen zich naar verschillende gebieden aan de rand, die vervolgens door de onderzoekers wordt gedetecteerd als een elektrisch signaal. Deze combinatie van spin met elektronica kan een belangrijke impact hebben op een reeks toepassingen, inclusief kleinere, sneller, en efficiëntere computers.

"Eerder onderzoek toonde iets soortgelijks aan, in termen van het gebruik van een elektrisch signaal om een ​​spingolf te genereren, maar dit is de eerste keer dat dit fenomeen is aangetoond in een 2D-systeem dat is afgestemd op het quantum Hall-regime, "zei Wei. "Dit systeem stelt ons ook in staat om opwindende aspecten van spingolven te bestuderen, mogelijk zelfs spin superfluïditeit."