Ilmuwan Melihat Fenomena Magnon yg Berputar dalam Magnet 2D

Ilmuwan melihat adanya putaran dalam magnet 2D

Semua magnet dari suvenir sederhana yang tergantung di lemari es Anda hingga cakram yang memberikan memori komputer Anda hingga versi kuat yang digunakan di laboratorium penelitian mengandung kuasipartikel berputar yang disebut magnon. Arah satu magnon berputar dapat mempengaruhi sekitarnya yang dimana efeknya menghasilkan apa yang dikenal sebagai gelombang spin. Informasi penting yg diketahui dapat yaitu gelombang spin lebih efisien daripada listrik, dan magnon dapat berfungsi sebagai "interkoneksi kuantum" yang "merekatkan" bit kuantum menjadi komputer yang kuat.

Magnon memiliki potensi yang sangat besar, tetapi seringkali sulit dideteksi tanpa peralatan laboratorium yang memadai. Melalui laboratorium, maka penelitian terkait magnon tersebut dapat dilakukan pada tahap eksperimen namun tidak untuk mengembangkan perangkat, kata peneliti Columbia Xiaoyang Zhu, seperti perangkat magnonic yang disebut spintronics. Namun, melihat magnon dapat dibuat lebih sederhana, dengan bahan yang tepat: semikonduktor magnetik yang disebut kromium sulfida bromida (CrSBr) yang dapat dikupas menjadi lapisan 2D setipis atom, yang disintesis di laboratorium profesor Departemen Kimia Xavier Roy.

Dalam sebuah artikel baru di Nature , Zhu dan rekannya di Columbia, Universitas Washington, Universitas New York, dan Laboratorium Nasional Oak Ridge menunjukkan bahwa magnon di CrSBr dapat berpasangan dengan kuasipartikel lain yang disebut exciton, yang memancarkan cahaya, yang menunjukkan kepada para peneliti bahwa  terdapat kuasipartikel yang berputar.

Saat mereka mengtriger magnon dengan cahaya, mereka mengamati osilasi dari rangsangan dalam kisaran inframerah-dekat, yang hampir terlihat dengan mata telanjang. "Untuk pertama kalinya, kita bisa melihat magnon dengan efek optik sederhana," kata Zhu

Hasilnya dapat dilihat sebagai transduksi kuantum, atau konversi satu "kuanta" energi ke energi lainnya, kata penulis pertama Youn Jun (Eunice) Bae, seorang postdoc di lab Zhu. Energi eksitasi empat kali lipat lebih besar dari energi magnon; sekarang, karena mereka berpasangan dengan sangat kuat, kita dapat dengan mudah mengamati perubahan kecil pada magnon, Bae menjelaskan. Transduksi ini suatu hari nanti memungkinkan para peneliti untuk membangun jaringan informasi kuantum yang dapat mengambil informasi dari bit kuantum berbasis spin yang umumnya perlu ditempatkan dalam jarak milimeter satu sama lain dan mengubahnya menjadi cahaya, suatu bentuk energi yang dapat mentransmisikan informasi hingga ratusan mil melalui serat optik

Waktu koherensi dan lama osilasi dapat bertahan lama dan itu juga luar biasa, kata Zhu, berlangsung lebih lama dari batas percobaan lima nanodetik. Fenomena ini dapat berjalan lebih dari tujuh mikrometer dan bertahan bahkan ketika perangkat CrSBr dibuat hanya dari dua lapisan setipis atom, meningkatkan kemungkinan untuk membangun perangkat spintronic skala nano. Perangkat ini suatu hari nanti bisa menjadi alternatif yang lebih efisien untuk elektronik saat ini. Tidak seperti elektron dalam arus listrik yang menghadapi hambatan saat bergerak, tidak ada partikel yang benar-benar bergerak dalam gelombang spin.

Pekerjaan ini didukung oleh Pusat Sains dan Teknik Penelitian Material (MRSEC) yang didanai NSF Columbia, dengan materi yang dibuat di Pusat Penelitian Perbatasan Energi (EFRC) yang didanai DOE. Dari sini, para peneliti berencana untuk mengeksplorasi potensi informasi kuantum CrSBr, serta kandidat material lainnya. "Dalam MRSEC dan EFRC, kami mengeksplorasi sifat kuantum dari beberapa bahan 2D yang dapat Anda susun seperti kertas untuk menciptakan semua jenis fenomena fisik baru," kata Zhu.

Misalnya, jika magnon-exciton coupling dapat ditemukan pada semikonduktor magnetik jenis lain dengan sifat yang sedikit berbeda dari CrSBr, mereka mungkin memancarkan cahaya dalam rentang warna yang lebih luas. "Kami merakit kotak peralatan untuk membangun perangkat baru dengan properti yang dapat disesuaikan," kata Zhu.

Sitasi Artikel

Thinks Physics. 2022. Ilmuwan Melihat Fenomena Magnon yg Berputar dalam Magnet 2D. https://www.thinksphysics.com/2022/08/ilmuwan-melihat-fenomena-magnon-yg.html. Diakses pada tanggal (tanggal akses anda)

Sumber berita

Materials provided by Columbia University. Original written by Ellen Neff. Note: Content may be edited for style and length.

Referensi Jurnal

Journal Reference:Youn Jue Bae, Jue Wang, Allen Scheie, Junwen Xu, Daniel G. Chica, Geoffrey M. Diederich, John Cenker, Michael E. Ziebel, Yusong Bai, Haowen Ren, Cory R. Dean, Milan Delor, Xiaodong Xu, Xavier Roy, Andrew D. Kent, Xiaoyang Zhu. Exciton-coupled coherent magnons in a 2D semiconductor. Nature, 2022; 609 (7926): 282 DOI: 10.1038/s41586-022-05024-1

Berita update lainnya dapat dilihat pada Thinks Physics