9 مه 2024 -توسط ویلیام شولز، آزمایشگاه ملی لارنس برکلی -انتشار بسته موج مگنون در یک ضد فرومغناطیس در این عکس های فوری به دست آمده با استفاده از جفت پالس های لیزری آشکار می شود. اعتبار: جوزف اورنشتاین/آزمایشگاه برکلی
اسپین الکترون، بیت کوانتومی کامل طبیعت است که می‌تواند دامنه ذخیره‌سازی اطلاعات را فراتر از «یک» یا «صفر» گسترش دهد. بهره برداری از درجه آزادی اسپین الکترون (حالت های اسپین احتمالی) هدف اصلی علم اطلاعات کوانتومی است.
پیشرفت‌های اخیر توسط محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی)، جوزف اورنشتاین، یو سان، جی یائو و فانگهائو منگ، پتانسیل بسته‌های موج ماگنون – برانگیختگی‌های جمعی اسپین الکترون – را برای انتقال اطلاعات کوانتومی در فواصل قابل‌توجه در یک کلاس از نشان داده است. موادی که به عنوان ضد فرومغناطیس شناخته می شوند.
کار آنها درک متعارف را در مورد چگونگی انتشار چنین تحریکاتی در ضد فرومغناطیس ها بهبود می بخشد. عصر آینده فناوری‌های کوانتومی – رایانه‌ها، حسگرها و سایر دستگاه‌ها – بستگی به انتقال اطلاعات کوانتومی با وفاداری در فاصله دارد.
اورنشتاین و همکارانش امیدوارند با کشف خود، که در مقاله ای در Nature Physics منتشر شده است، یک قدم به این اهداف نزدیکتر شده باشند. تحقیقات آنها بخشی از تلاش‌های گسترده‌تر در آزمایشگاه برکلی برای پیشبرد اطلاعات کوانتومی با کار در اکوسیستم تحقیقات کوانتومی، از تئوری گرفته تا کاربرد، برای ساخت و آزمایش دستگاه‌های مبتنی بر کوانتوم و توسعه نرم‌افزار و الگوریتم‌ها است.
اسپین های الکترون مسئول مغناطیس در مواد هستند و می توان آنها را به عنوان آهنرباهای میله ای کوچک در نظر گرفت. هنگامی که اسپین‌های همسایه در جهت‌های متناوب قرار می‌گیرند، نتیجه نظم ضد فرومغناطیسی است و آرایش هیچ مغناطیسی خالص ایجاد نمی‌کند.
گروه اورنشتاین برای درک اینکه چگونه بسته‌های موج مگنون در یک ماده ضد فرومغناطیسی حرکت می‌کنند، از جفت پالس‌های لیزری برای برهم زدن نظم ضد فرومغناطیسی در یک مکان در حالی که در مکان دیگر کاوش می‌کردند، استفاده کردند و عکس‌های فوری از انتشار آنها را به دست آوردند. این تصاویر نشان می‌دهد که بسته‌های موج ماگنون در همه جهات منتشر می‌شوند، مانند موج‌هایی که روی یک حوض از یک سنگریزه افتاده است.
تیم آزمایشگاه برکلی همچنین نشان داد که بسته‌های موج مگنون در ضد فرومغناطیس CrSBr (برومید سولفید کروم) سریع‌تر و در فواصل طولانی‌تر از آنچه مدل‌های موجود پیش‌بینی می‌کنند منتشر می‌شوند. مدل‌ها فرض می‌کنند که هر الکترون فقط با همسایگان خود جفت می‌شود. قیاس سیستمی از کره های متصل به همسایگان نزدیک توسط فنر است. جابجایی یک کره از موقعیت مطلوب خود موجی از جابجایی ایجاد می کند که با زمان گسترش می یابد.
با کمال تعجب، چنین فعل و انفعالی سرعت انتشار را پیش‌بینی می‌کند که مرتبه‌ای کندتر از آن چیزی است که تیم واقعاً مشاهده کرده است.
اورنشتاین گفت: “با این حال، به یاد بیاورید که هر الکترون در حال چرخش مانند یک آهنربای میله ای کوچک است. اگر تصور کنیم که کره ها را با آهنرباهای میله ای ریز که نشان دهنده الکترون های در حال چرخش هستند جایگزین کنیم، تصویر کاملاً تغییر می کند.” اکنون، به‌جای فعل و انفعالات محلی، هر میله آهن‌ربایی در سراسر سیستم از طریق همان فعل و انفعالات دوربردی که آهنربای یخچال را به درب یخچال می‌کشد، با یکدیگر جفت می‌شود.
