Работая с теоретиками из Притцкерской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) достигли научного контроля, который является первым в своем роде. Они продемонстрировали новый подход, который позволяет в реальном времени контролировать взаимодействия между микроволновыми фотонами и магнонами, что может привести к прогрессу в электронных устройствах и квантовой обработке сигналов.
Микроволновые фотоны — это элементарные частицы, образующие электромагнитные волны, которые мы используем для беспроводной связи. С другой стороны, магноны — это элементарные частицы, образующие то, что ученые называют «спиновыми волнами» — волновые возмущения в упорядоченном массиве микроскопических выровненных спинов, которые могут возникать в определенных магнитных материалах.
Микроволновое фотонно-магнонное взаимодействие появилось в последние годы как многообещающая платформа как для классической, так и для квантовой обработки информации. Однако до сих пор этим взаимодействием было невозможно манипулировать в реальном времени.
«До нашего открытия управление взаимодействием фотон-магнон было похоже на выпуск стрелы в воздух», — сказал Сюйфэн Чжан, научный сотрудник Центра наноразмерных материалов, пользовательского центра Министерства энергетики в Аргонне, и автор этой работы. «Когда она в полете, никто не может контролировать эту стрелу».
Открытие команды изменило это суждение. «Теперь это больше похоже на полет на дроне, где мы можем направлять и контролировать его полет с помощью электроники», — сказал Чжан.
Путем умной инженерии команда использует электрический сигнал, чтобы периодически изменять частоту колебаний магнонов и тем самым вызывать эффективное магнон-фотонное взаимодействие. Результатом является первое в мире микроволново-магнонное устройство с возможностью настройки по запросу.
Устройство команды может контролировать силу фотон-магнонного взаимодействия в любой момент, когда информация передается между фотонами и магнонами. Он даже может полностью включать и выключать взаимодействие. Благодаря этой возможности настройки ученые могут обрабатывать информацию и манипулировать ею способами, которые намного превосходят современные гибридные магнонические устройства.
«Исследователи искали способ контролировать это взаимодействие в течение последних нескольких лет», — отметил Чжан. Открытие команды открывает новое направление для обработки сигналов на основе магнонов и должно привести к созданию электронных устройств с новыми возможностями. Это также может позволить важные приложения для квантовой обработки сигналов, где микроволновые и магнонные взаимодействия исследуются как многообещающий кандидат для передачи информации между различными квантовыми системами.
