Werken met theoretici van de Pritzker School of Molecular Engineering van de Universiteit van Chicago, onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een wetenschappelijke controle bereikt die uniek is in zijn soort. Ze demonstreerden een nieuwe benadering die realtime controle mogelijk maakt van de interacties tussen microgolffotonen en magnonen, mogelijk leidend tot vooruitgang in elektronische apparaten en kwantumsignaalverwerking.

Microgolffotonen zijn elementaire deeltjes die de elektromagnetische golven vormen die we gebruiken voor draadloze communicatie. Anderzijds, magnonen zijn de elementaire deeltjes die wat wetenschappers 'spingolven' noemen - golfachtige verstoringen in een geordende reeks microscopisch uitgelijnde spins die in bepaalde magnetische materialen kunnen voorkomen.

Microgolffoton-magnon-interactie is de afgelopen jaren naar voren gekomen als een veelbelovend platform voor zowel klassieke als kwantuminformatieverwerking. Nog, deze interactie was onmogelijk in realtime te manipuleren, tot nu.

"Voor onze ontdekking, het beheersen van de foton-magnon-interactie was als het schieten van een pijl in de lucht, " zei Xufeng Zhang, een assistent-wetenschapper in het Center for Nanoscale Materials, een DOE-gebruikersfaciliteit in Argonne, en de corresponderende auteur van dit werk. "Je hebt helemaal geen controle over die pijl als je eenmaal in de vlucht bent."

De ontdekking van het team heeft daar verandering in gebracht. "Nutsvoorzieningen, het is meer als vliegen met een drone, waar we zijn vlucht elektronisch kunnen begeleiden en controleren, " zei Zhang.

Door slimme techniek, het team gebruikt een elektrisch signaal om periodiek de magnon-trillingsfrequentie te wijzigen en daardoor een effectieve magnon-foton-interactie te induceren. Het resultaat is een allereerste magnetron-magnonic-apparaat met on-demand afstembaarheid.

Het apparaat van het team kan de sterkte van de foton-magnon-interactie op elk moment regelen terwijl informatie wordt overgedragen tussen fotonen en magnons. Het kan de interactie zelfs volledig in- en uitschakelen. Met deze afstemmingsmogelijkheid wetenschappers kunnen informatie verwerken en manipuleren op manieren die de huidige hybride magnonische apparaten ver overtreffen.

"Onderzoekers zijn de afgelopen jaren op zoek geweest naar een manier om deze interactie te beheersen, " merkte Zhang op. De ontdekking van het team opent een nieuwe richting voor op magnon gebaseerde signaalverwerking en zou moeten leiden tot elektronische apparaten met nieuwe mogelijkheden. Het kan ook belangrijke toepassingen voor kwantumsignaalverwerking mogelijk maken, waar microgolf-magnonische interacties worden onderzocht als een veelbelovende kandidaat voor het overbrengen van informatie tussen verschillende kwantumsystemen.

Het DOE Office of Basic Energy Sciences ondersteunde dit onderzoek, die werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .