DMI permite Magnon

Um grupo internacional de pesquisadores criou um estado magnon misto em um material de perovskita híbrido orgânico, utilizando a Dzyaloshinskii–Moriya-Interaction (DMI). O material resultante tem potencial para processar e armazenar informações de computação quântica. O trabalho também expande o número de potenciais materiais que podem ser usados ​​para criar sistemas magnônicos híbridos.

Em materiais magnéticos, quase-partículas chamadas magnons direcionam o spin do elétron dentro do material. Existem dois tipos de magnons – ópticos e acústicos – que se referem à direção de seu spin.

“Ambos os magnons ópticos e acústicos propagam ondas de spin em antiferromagnetos”, diz Dali Sun, professor associado de física e membro do Laboratório de Eletrônica Orgânica e de Carbono (ORaCEL) da North Carolina State University. “Mas, para usar ondas de spin para processar informações quânticas, você precisa de um estado de onda de spin misto”.

“Normalmente, dois modos magnon não podem gerar um estado de rotação misto devido às suas diferentes simetrias”, diz Sun. “Mas, aproveitando o DMI, descobrimos uma perovskita híbrida com um estado misto de magnon”. Sun também é um autor correspondente da pesquisa.

Os pesquisadores conseguiram isso adicionando um cátion orgânico ao material, o que criou uma interação específica chamada DMI. Resumindo, o DMI quebra a simetria do material, permitindo que os spins se misturem.

A equipe utilizou uma perovskita orgânica-inorgânica híbrida magnética à base de cobre, que possui uma estrutura octaédrica única. Esses octaedros podem se inclinar e se deformar de diferentes maneiras. Adicionar um cátion orgânico ao material quebra a simetria, criando ângulos dentro do material que permitem que os diferentes modos de magnon se acoplem e os spins se misturem.

"Além das implicações quânticas, esta é a primeira vez que observamos quebra de simetria em uma perovskita orgânica-inorgânica híbrida", diz Andrew Comstock, assistente de pesquisa de pós-graduação da NC State e primeiro autor da pesquisa.

"Descobrimos que o DMI permite o acoplamento de magnon em materiais de perovskita híbridos à base de cobre com os requisitos de simetria corretos", diz Comstock. "Adicionar diferentes cátions cria diferentes efeitos. Este trabalho realmente abre caminhos para criar acoplamento magnon a partir de muitos materiais diferentes - e estudar os efeitos dinâmicos deste material também pode nos ensinar uma nova física."

O trabalho aparece na Nature Communications e foi financiado principalmente pelo Centro do Departamento de Energia dos EUA para Semicondutores Inorgânicos Orgânicos Híbridos para Energia (CHOISE). Chung-Tao Chou, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, é o primeiro autor do trabalho. Luqiao Liu, do MIT, e Matthew Beard e Haipeng Lu, do Laboratório Nacional de Energia Renovável, são autores correspondentes da pesquisa.

-peake-

Nota aos editores: Segue-se um resumo.

"Magnônicos Híbridos em Antiferromagnetos Perovskitas Híbridos"

DOI:10.1038/s41467-023-37505-in

Autores: Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Dali Sun, North Carolina State University; Chung-Tao Chou, Luqiao Liu, Instituto de Tecnologia de Massachusetts; Zhiyu Wang, Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong; Ruyi Song, Duke University; Joseph Sklenar, Wayne State University; Wei Zhang, Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill; Haipeng Lu, Matthew Beard, Laboratório Nacional de Energia Renovável Publicado: 1º de abril de 2023 na Nature Communications

Abstrato: Os sistemas magnônicos híbridos são um recém-chegado para buscar o processamento de informações coerentes devido às suas ricas funcionalidades de engenharia quântica. Um exemplo prototípico é a magnônica híbrida em antiferromagnetos com uma anisotropia de plano fácil que se assemelha a um sistema de spin de dois níveis misturado mecanicamente quântico através do acoplamento de magnons acústicos e ópticos. Geralmente, o acoplamento entre esses modos ortogonais é proibido devido à sua paridade oposta. Aqui mostramos que a Dzyaloshinskii–Moriya-Interaction (DMI), uma interação antisimétrica quiral que ocorre em sistemas magnéticos com baixa simetria, pode eliminar essa restrição. Nós relatamos que antiferromagnetos de perovskita híbridos em camadas com um interlayer DMI podem levar a uma forte força de acoplamento magnon magnon intrínseca de até 0,24 GHz, que é quatro vezes maior que as taxas de dissipação dos modos acústico/óptico. Nosso trabalho mostra que o DMI nesses antiferromagnetos híbridos promete alavancar o acoplamento magnon-magnon, aproveitando a quebra de simetria em uma plataforma magnética em camadas altamente ajustável e processável por solução.