DMI autorise Magnon

Un groupe international de chercheurs a créé un état de magnon mixte dans un matériau de pérovskite hybride organique en utilisant l'interaction Dzyaloshinskii – Moriya (DMI). Le matériau résultant a le potentiel de traiter et de stocker des informations informatiques quantiques. Les travaux élargissent également le nombre de matériaux potentiels pouvant être utilisés pour créer des systèmes magnoniques hybrides.

Dans les matériaux magnétiques, des quasi-particules appelées magnons dirigent le spin des électrons dans le matériau. Il existe deux types de magnons - optiques et acoustiques - qui se réfèrent à la direction de leur rotation.

"Les magnons optiques et acoustiques propagent les ondes de spin dans les antiferromagnétiques", explique Dali Sun, professeur agrégé de physique et membre du laboratoire d'électronique organique et de carbone (ORaCEL) de la North Carolina State University. "Mais pour utiliser les ondes de spin pour traiter les informations quantiques, vous avez besoin d'un état d'onde de spin mixte."

"Normalement, deux modes magnon ne peuvent pas générer un état de spin mixte en raison de leurs symétries différentes", explique Sun. "Mais en exploitant le DMI, nous avons découvert une pérovskite hybride avec un état de magnon mixte." Sun est également un auteur correspondant de la recherche.

Les chercheurs y sont parvenus en ajoutant un cation organique au matériau, ce qui a créé une interaction particulière appelée DMI. En bref, le DMI brise la symétrie du matériau, permettant aux spins de se mélanger.

L'équipe a utilisé une pérovskite hybride organique-inorganique magnétique à base de cuivre, qui a une structure octaédrique unique. Ces octaèdres peuvent s'incliner et se déformer de différentes manières. L'ajout d'un cation organique au matériau brise la symétrie, créant des angles dans le matériau qui permettent aux différents modes de magnon de se coupler et aux spins de se mélanger.

"Au-delà des implications quantiques, c'est la première fois que nous observons une symétrie brisée dans une pérovskite hybride organique-inorganique", déclare Andrew Comstock, assistant de recherche diplômé de NC State et premier auteur de la recherche.

"Nous avons constaté que le DMI permet le couplage magnon dans les matériaux pérovskites hybrides à base de cuivre avec les exigences de symétrie correctes", déclare Comstock. "L'ajout de différents cations crée des effets différents. Ce travail ouvre vraiment la voie à la création d'un couplage magnon à partir de nombreux matériaux différents - et l'étude des effets dynamiques de ce matériau peut également nous apprendre une nouvelle physique."

Le travail apparaît dans Nature Communications et a été principalement soutenu par le Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE) du Département américain de l'énergie. Chung-Tao Chou du Massachusetts Institute of Technology est le co-premier auteur de l'ouvrage. Luqiao Liu du MIT, et Matthew Beard et Haipeng Lu du National Renewable Energy Laboratory sont co-auteurs correspondants de la recherche.

-peake-

Remarque aux éditeurs: Un résumé suit.

"Magnonique hybride dans les antiferromagnétiques hybrides pérovskites"

EST CE QUE JE:10.1038/s41467-023-37505-in

Auteurs : Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Dali Sun, Université d'État de Caroline du Nord ; Chung-Tao Chou, Luqiao Liu, Institut de technologie du Massachusetts ; Zhiyu Wang, Université des sciences et technologies de Hong Kong ; Ruyi Song, Université Duke; Joseph Sklenar, Wayne State University; Wei Zhang, Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ; Haipeng Lu, Matthew Beard, National Renewable Energy LaboratoryPublié le 1er avril 2023 dans Nature Communications

Abstrait: Les systèmes magnoniques hybrides sont un nouveau venu pour poursuivre un traitement cohérent de l'information en raison de leurs riches fonctionnalités d'ingénierie quantique. Un exemple prototypique est la magnonique hybride dans les antiferromagnétiques avec une anisotropie dans le plan facile qui ressemble à un système de spin à deux niveaux mélangé mécaniquement quantique grâce au couplage de magnons acoustiques et optiques. Généralement, le couplage entre ces modes orthogonaux est interdit en raison de leur parité opposée. Nous montrons ici que l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), une interaction antisymétrique chirale qui se produit dans les systèmes magnétiques à faible symétrie, peut lever cette restriction. Nous rapportons que les antiferromagnétiques hybrides en couches de pérovskite avec un DMI intercalaire peuvent conduire à une forte force de couplage magnon-magnon intrinsèque jusqu'à 0,24 GHz, ce qui est quatre fois supérieur aux taux de dissipation des modes acoustiques/optiques. Nos travaux montrent que la DMI dans ces antiferromagnétiques hybrides est prometteuse pour tirer parti du couplage magnon-magnon en exploitant la rupture de symétrie dans une plate-forme magnétique en couches hautement accordable et pouvant être traitée en solution.