來(lái)自MIPT和俄羅斯量子中心的物理學(xué)家，以及來(lái)自薩拉托夫州立大學(xué)和密歇根理工大學(xué)的同事一起，展示了通過(guò)短激光脈沖控制納米結(jié)構(gòu)鉍鐵石榴石薄膜中自旋波的新方法。該解決方案以Nano Letters的形式出現(xiàn)，具有在節(jié)能信息傳輸和基于自旋的量子計(jì)算中的應(yīng)用潛力。

粒子的自旋是其固有的角動(dòng)量，該角動(dòng)量始終具有方向。在磁化材料中，自旋全部指向一個(gè)方向。這種磁階的局部破壞伴隨著自旋波的傳播，自旋波的量子被稱為磁振子。

與電流不同，自旋波傳播不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移。結(jié)果，使用磁振子而不是電子來(lái)傳輸信息導(dǎo)致的熱損失要小得多。數(shù)據(jù)可以在自旋波的相位或幅度中進(jìn)行編碼，并可以通過(guò)波干擾或非線性效應(yīng)進(jìn)行處理。

基于磁振子的簡(jiǎn)單邏輯組件已經(jīng)可以作為示例設(shè)備使用。但是，實(shí)施這項(xiàng)新技術(shù)的挑戰(zhàn)之一是需要控制某些自旋波參數(shù)。在許多方面，光學(xué)激發(fā)磁振子比其他方式更方便，這是最近發(fā)表在《納米快報(bào)》上的論文之一。

研究人員激發(fā)了納米結(jié)構(gòu)的鉍鐵石榴石中的自旋波。即使沒有納米圖案，該材料也具有獨(dú)特的光磁特性。它的特點(diǎn)是磁衰減低，即使在室溫下，磁振子也可以傳播很長(zhǎng)的距離。它在近紅外范圍內(nèi)也是高度光學(xué)透明的，并且具有很高的維爾德常數(shù)。

該研究中使用的薄膜具有精細(xì)的結(jié)構(gòu)：光滑的下層，頂部形成一維光柵，周期為450納米。這種幾何形狀能夠激發(fā)具有非常特定的自旋分布的磁振子，這對(duì)于未改性的薄膜是不可能的。

激光泵浦脈沖通過(guò)局部破壞鉍鐵石榴石(BiIG)中的自旋順序(如紫色箭頭所示)來(lái)產(chǎn)生磁振子。然后使用探測(cè)脈沖來(lái)恢復(fù)有關(guān)激發(fā)的磁振子的信息。GGG表示g鎵石榴石，可作為基質(zhì)來(lái)源：Alexander Chernov等人/ Nano Letters

為了激發(fā)磁化旋進(jìn)，該團(tuán)隊(duì)使用了線性偏振泵浦激光脈沖，其特性會(huì)影響自旋動(dòng)力學(xué)和產(chǎn)生的自旋波的類型。重要的是，波激發(fā)是由光效應(yīng)而不是熱效應(yīng)引起的。

研究人員依靠250飛秒的探測(cè)脈沖來(lái)跟蹤樣品的狀態(tài)并提取自旋波特性?？梢韵鄬?duì)于泵浦脈沖以期望的延遲將探測(cè)脈沖定向到樣品上的任何點(diǎn)。這將產(chǎn)生有關(guān)給定點(diǎn)的磁化動(dòng)力學(xué)的信息，可以對(duì)其進(jìn)行處理以確定自旋波的頻譜頻率，類型和其他參數(shù)。