Waarnemen van magnon-polarons met behulp van een magnetische structuur met nanopatronen verlicht door korte laserpulsen

Een team van natuurkundigen uit Duitsland, Rusland, Oekraïne en het Verenigd Koninkrijk heeft een nieuwe manier gevonden om magnon-polaronen te observeren door een magnetische structuur met nanopatronen te gebruiken die wordt verlicht met korte laserpulsen. In hun paper gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling Bbeschrijft de groep het uitbreiden van eerder onderzoek met magnon-polarons om een ​​betere methode te ontwikkelen voor het observeren van magnon-polarons.

Magnonen zijn gekwantiseerde spingolven die informatie dragen, maar omdat ze moeilijk te manipuleren zijn, zijn er geen praktische toepassingen. Polaronen zijn quasi-deeltjes die door onderzoekers zijn gebruikt om interacties tussen atomen en elektronen in vaste materialen te bestuderen. Zowel magnons als polarons zijn het onderwerp van onderzoeksinspanningen gericht op het verpakken van meer informatie in kleinere ruimtes (voor computers, smartphones, enz.). Een deel van dat onderzoek omvatte het gebruik van fononen (roostervervormingen) om magnonen op te wekken. Bij dergelijk werk wordt energie slechts in één richting overgedragen. In recenter werk hebben onderzoekers wederzijdse interacties geproduceerd die resulteren in de vorming van magnon-polaronen, hybride quasi-deeltjes die niet langer fononen of magnonen zijn.

Apparaten die met magnon-polarons konden werken, bleven ongrijpbaar tot vorig jaar, toen een team van het Lawrence Berkeley National Laboratory een nanomagneet gebruikte om een ​​magnon-polaron te observeren. Aangenomen wordt dat dit een noodzakelijke stap is om een ​​apparaat te maken dat hiervan gebruik kan maken. In deze nieuwe poging hebben de onderzoekers voortgebouwd op die inspanning door een geavanceerder apparaat te ontwikkelen waarmee ze een magnon-polaron voor een langere periode en in meer detail konden bekijken.

Het nieuwe apparaat is gemaakt door eerst groeven in een dunne film van Galfenol te snijden. De groeven op het oppervlak van de film dienden als middel om de ruimtelijke verdeling van fononen en magnonen te beïnvloeden. Het team gebruikte vervolgens een pompsonde om magnonen en fononen te observeren terwijl ze interactie hadden tijdens de vorming van magnon-polarons. Een secundaire pulssonde werd vervolgens toegepast als een middel om het reflectievermogen te meten. De laatste stap was het aanleggen van een magnetisch veld om de frequentie van de modus van de magnon af te stemmen. Naast het feit dat de onderzoekers de gelegenheid kregen om te kijken naar de vorming van magnon-polarons, stelde het apparaat hen in staat om de hybriden af ​​te stemmen terwijl ze werden gevormd om een ​​sterkere hybridisatie tussen hen te creëren.