DMI consente Magnon

Un gruppo internazionale di ricercatori ha creato uno stato magnonico misto in un materiale ibrido organico di perovskite utilizzando l'interazione Dzyaloshinskii-Moriya (DMI). Il materiale risultante ha il potenziale per elaborare e archiviare informazioni relative al calcolo quantistico. Il lavoro espande anche il numero di potenziali materiali che possono essere utilizzati per creare sistemi magnonici ibridi.

Nei materiali magnetici, le quasi-particelle chiamate magnoni dirigono lo spin degli elettroni all'interno del materiale. Esistono due tipi di magnoni – ottici e acustici – che si riferiscono alla direzione della loro rotazione.

"Sia i magnoni ottici che quelli acustici propagano le onde di spin negli antiferromagneti", afferma Dali Sun, professore associato di fisica e membro dell'Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) presso la North Carolina State University. "Ma per poter utilizzare le onde di spin per elaborare le informazioni quantistiche, è necessario uno stato di onde di spin misto."

"Normalmente due modalità Magnon non possono generare uno stato di spin misto a causa delle loro diverse simmetrie", spiega Sun. "Ma sfruttando il DMI abbiamo scoperto una perovskite ibrida con uno stato magnonico misto." Sun è anche un autore corrispondente della ricerca.

I ricercatori sono riusciti a raggiungere questo obiettivo aggiungendo un catione organico al materiale, che ha creato una particolare interazione chiamata DMI. In breve, il DMI rompe la simmetria del materiale, permettendo agli effetti di mescolarsi.

Il team ha utilizzato una perovskite magnetica organica-inorganica ibrida a base di rame, che ha una struttura ottaedrica unica. Questi ottaedri possono inclinarsi e deformarsi in diversi modi. L'aggiunta di un catione organico al materiale rompe la simmetria, creando angoli all'interno del materiale che consentono ai diversi modi magnonici di accoppiarsi e agli spin di mescolarsi.

"Al di là delle implicazioni quantistiche, questa è la prima volta che osserviamo una rottura della simmetria in una perovskite ibrida organica-inorganica", afferma Andrew Comstock, assistente di ricerca laureato dello Stato di NC e primo autore della ricerca.

"Abbiamo scoperto che il DMI consente l'accoppiamento magnonico in materiali perovskiti ibridi a base di rame con i requisiti di simmetria corretti", afferma Comstock. "L'aggiunta di cationi diversi crea effetti diversi. Questo lavoro apre davvero la strada per creare un accoppiamento magnonico da molti materiali diversi - e lo studio degli effetti dinamici di questo materiale può insegnarci anche una nuova fisica."

Il lavoro appare su Nature Communications ed è stato sostenuto principalmente dal Centro per i semiconduttori organici inorganici ibridi per l'energia del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (CHOISE). Chung-Tao Chou del Massachusetts Institute of Technology è il primo autore del lavoro. Luqiao Liu del MIT, Matthew Beard e Haipeng Lu del National Renewable Energy Laboratory sono autori corrispondenti della ricerca.

-peake-

Nota agli editori: Segue un abstract.

"Magnonica ibrida negli antiferromagneti ibridi di perovskite"

DOI:10.1038/s41467-023-37505-w

Autori: Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Dali Sun, North Carolina State University; Chung-Tao Chou, Luqiao Liu, Massachusetts Institute of Technology; Zhiyu Wang, Università della Scienza e della Tecnologia di Hong Kong; Ruyi Canzone, Duke University; JosephSklenar, Wayne State University; Wei Zhang, Università della Carolina del Nord a Chapel Hill; Haipeng Lu, Matthew Beard, National Renewable Energy LaboratoryPubblicato: 1 aprile 2023 in Nature Communications

Astratto: I sistemi magnonici ibridi sono un nuovo arrivato per perseguire un’elaborazione coerente delle informazioni grazie alle loro ricche funzionalità di ingegneria quantistica. Un esempio prototipo è la magnonica ibrida negli antiferromagneti con un'anisotropia del piano facile che assomiglia a un sistema di spin a due livelli misto quantomeccanicamente attraverso l'accoppiamento di magnoni acustici e ottici. Generalmente l'accoppiamento tra questi modi ortogonali è vietato a causa della loro parità opposta. Qui mostriamo che l'interazione Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), un'interazione chirale antisimmetrica che si verifica nei sistemi magnetici con bassa simmetria, può eliminare questa restrizione. Segnaliamo che gli antiferromagneti di perovskite ibridi stratificati con un DMI interstrato possono portare a una forte forza di accoppiamento magnon-magnon intrinseca fino a 0,24 GHz, che è quattro volte maggiore dei tassi di dissipazione delle modalità acustica/ottica. Il nostro lavoro mostra che il DMI in questi antiferromagneti ibridi è promettente per sfruttare l’accoppiamento magnon-magnon sfruttando la rottura della simmetria in una piattaforma magnetica a strati altamente sintonizzabile e processabile in soluzione.