DMI permite Magnon

Un grupo internacional de investigadores ha creado un estado de magnón mixto en un material de perovskita híbrido orgánico utilizando la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMI). El material resultante tiene potencial para procesar y almacenar información de computación cuántica. El trabajo también amplía la cantidad de materiales potenciales que se pueden usar para crear sistemas magnónicos híbridos.

En los materiales magnéticos, las cuasipartículas llamadas magnones dirigen el espín del electrón dentro del material. Hay dos tipos de magnones, ópticos y acústicos, que se refieren a la dirección de su giro.

"Tanto los magnones ópticos como los acústicos propagan ondas de espín en antiferromagnetos", dice Dali Sun, profesor asociado de física y miembro del Laboratorio de Electrónica Orgánica y de Carbono (ORaCEL) de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. "Pero para usar ondas de espín para procesar información cuántica, se necesita un estado de onda de espín mixto".

"Normalmente, dos modos magnon no pueden generar un estado de espín mixto debido a sus diferentes simetrías", dice Sun. "Pero al aprovechar el DMI descubrimos una perovskita híbrida con un estado de magnón mixto". Sun también es autor correspondiente de la investigación.

Los investigadores lograron esto agregando un catión orgánico al material, lo que creó una interacción particular llamada DMI. En resumen, el DMI rompe la simetría del material, permitiendo que los giros se mezclen.

El equipo utilizó una perovskita orgánica-inorgánica híbrida magnética a base de cobre, que tiene una estructura octaédrica única. Estos octaedros pueden inclinarse y deformarse de diferentes maneras. Agregar un catión orgánico al material rompe la simetría, creando ángulos dentro del material que permiten que los diferentes modos de magnón se acoplen y los espines se mezclen.

"Más allá de las implicaciones cuánticas, esta es la primera vez que observamos una simetría rota en una perovskita híbrida orgánico-inorgánica", dice Andrew Comstock, asistente de investigación graduado de NC State y primer autor de la investigación.

"Descubrimos que el DMI permite el acoplamiento de magnones en materiales de perovskita híbridos a base de cobre con los requisitos de simetría correctos", dice Comstock. "Agregar diferentes cationes crea diferentes efectos. Este trabajo realmente abre formas de crear un acoplamiento de magnones a partir de muchos materiales diferentes, y estudiar los efectos dinámicos de este material también puede enseñarnos nueva física".

El trabajo aparece en Nature Communications y fue apoyado principalmente por el Centro de Semiconductores Inorgánicos Orgánicos Híbridos para Energía (CHOISE) del Departamento de Energía de EE. UU. Chung-Tao Chou del Instituto de Tecnología de Massachusetts es coautor del trabajo. Luqiao Liu del MIT, y Matthew Beard y Haipeng Lu del Laboratorio Nacional de Energía Renovable son coautores de la investigación.

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Nota para los editores: Sigue un resumen.

"Magnónicos híbridos en antiferromagnetos híbridos de perovskita"

DOI:10.1038/s41467-023-37505-en

Autores: Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Dali Sun, Universidad Estatal de Carolina del Norte; Chung-Tao Chou, Luqiao Liu, Instituto de Tecnología de Massachusetts; Zhiyu Wang, Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong; Ruyi Song, Universidad de Duke; JosephSklenar, Universidad Estatal de Wayne; Wei Zhang, Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill; Haipeng Lu, Matthew Beard, Laboratorio Nacional de Energía RenovablePublicado: 1 de abril de 2023 en Nature Communications

Abstracto: Los sistemas magnónicos híbridos son nuevos en la búsqueda de un procesamiento de información coherente debido a sus ricas funcionalidades de ingeniería cuántica. Un ejemplo prototípico es la magnónica híbrida en antiferromagnetos con una anisotropía de plano fácil que se asemeja a un sistema de espín de dos niveles mezclado mecánicamente cuántica a través del acoplamiento de magnones acústicos y ópticos. Generalmente, el acoplamiento entre estos modos ortogonales está prohibido debido a su paridad opuesta. Aquí mostramos que la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), una interacción antisimétrica quiral que ocurre en sistemas magnéticos con baja simetría, puede eliminar esta restricción. Informamos que los antiferromagnetos de perovskita híbridos en capas con una capa intermedia DMI pueden conducir a una fuerte fuerza de acoplamiento intrínseco magnon magnon de hasta 0,24 GHz, que es cuatro veces mayor que las tasas de disipación de los modos acústico/óptico. Nuestro trabajo muestra que el DMI en estos antiferromagnetos híbridos es prometedor para aprovechar el acoplamiento magnón-magnón al aprovechar la ruptura de simetría en una plataforma magnética en capas altamente ajustable y procesable en solución.