Лови волну: учёные смогли измерить спиновые волны в графене
Спиновые волны — изменение спина электрона, распространяющееся через материал. Они могут коренным образом изменить способы хранения и передачи информации в устройствах.
Эти волны ещё называют магнонами — интерес к ним заключается в их особом свойстве — они не рассеиваются и при правильных условиях могут действовать как сверхтекучая жидкость, перемещаясь без потерь энергии. Однако именно эти желанные свойства не дают измерить их характеристики.
Ранее учёные уже знали, что могут генерировать спиновые волны, но не могли оценить их количественно. Измерение свойств спиновой волны подобно измерению свойств прилива, если бы вода была невидима и необнаружима. Если бы мы не могли видеть воду, мы бы не смогли измерить её скорость течения или уровень напрямую. Однако если бы мы поставили на невидимую воду серфингиста, характеристики можно было бы измерить опосредованно — по уровню и скорости серфингиста. Так же и тут.
Исследователи начали с квантового ферромагнита Холла — это магнита из графена, в котором все спины электронов имеют одинаковое направление. Если в эту систему ввести электрон с другим спином, он попытается перевернуть спины своих соседей, на что ему потребуется энергия.
Учёные обнаружили, что энергия, необходимая введенному электрону с противоположным спином, уменьшилась после генерации спиновых волн. Выходит, вводимые электроны чувствительны к присутствию спиновых волн — она словно «помогает» электрону перевернуть спины своих соседей.
Спиновые волны слабо взаимодействуют с чем-либо, но наблюдая за энергетическими затратами электрона, можно определить химический потенциал, что даст полное описание магнона в сочетании со знанием температуры и некоторых других свойств. Это важно для понимания, насколько волна близка к пределу сверхтекучести.
Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.