DMIはマグノンを許可します

国際的な研究者グループは、ジャロシンスキー・モリヤ相互作用 (DMI) を利用して、有機ハイブリッドペロブスカイト材料に混合マグノン状態を作成しました。 結果として得られる材料には、量子コンピューティング情報を処理および保存できる可能性があります。 この研究により、ハイブリッドマグノニックシステムの作成に使用できる潜在的な材料の数も拡大します。

磁性材料では、マグノンと呼ばれる準粒子が材料内の電子スピンを制御します。 マグノンには光学マグノンと音響マグノンの 2 種類があり、これらはスピンの方向を表します。

「光学マグノンと音響マグノンの両方が、反強磁性体中でスピン波を伝播します」と、ノースカロライナ州立大学の物理学准教授で有機炭素エレクトロニクス研究室 (ORaCEL) のメンバーであるダリ・サン氏は述べています。 「しかし、スピン波を使用して量子情報を処理するには、混合されたスピン波状態が必要です。」

「通常、2 つのマグノン モードは対称性が異なるため、混合スピン状態を生成できません」とサン氏は言います。 「しかし、DMIを利用することで、混合マグノン状態を持つハイブリッドペロブスカイトを発見しました。」 Sun はこの研究の責任著者でもあります。

研究者らは、有機カチオンを材料に添加することでこれを達成し、DMIと呼ばれる特定の相互作用を生み出しました。 つまり、DMI は材料の対称性を崩し、スピンの混合を可能にします。

研究チームは、ユニークな八面体構造を持つ銅ベースの磁性ハイブリッド有機無機ペロブスカイトを利用しました。 これらの八面体は、さまざまな方法で傾いたり変形したりできます。 有機カチオンを材料に加えると対称性が崩れ、材料内に角度が生じ、異なるマグノンモードが結合し、スピンが混合することが可能になります。

「量子の意味を超えて、有機・無機ハイブリッドペロブスカイトで対称性の破れが観察されたのはこれが初めてです」と、ノースカロライナ州立大学大学院研究助手であり、この研究の筆頭著者であるアンドリュー・コムストック氏は言う。

「DMI を使用すると、正しい対称性要件を満たした銅ベースのハイブリッド ペロブスカイト材料でマグノン結合が可能になることがわかりました」と Comstock 氏は言います。 「さまざまなカチオンを追加すると、さまざまな効果が生まれます。この研究は、多くのさまざまな材料からマグノンカップリングを作成する方法を本当に開きます。そして、この材料の動的効果を研究することで、新しい物理学も学ぶことができます。」

この研究は Nature Communications に掲載され、主に米国エネルギー省エネルギー用ハイブリッド有機無機半導体センター (CHOISE) によって支援されました。 マサチューセッツ工科大学のChung-Tao Chouは、この研究の共同筆頭著者です。 MITのLuqiao Liu氏、国立再生可能エネルギー研究所のMatthew Beard氏とHaipeng Lu氏がこの研究の共同連絡著者である。

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編集者への注記: 要約が続きます。

」ハイブリッドペロブスカイト反強磁性体のハイブリッドマグノニクス」

土井：10.1038/s41467-023-37505-インチ

著者: Andrew Comstock、Tonghui Wang、Aram Amassian、Dali Sun、ノースカロライナ州立大学。 マサチューセッツ工科大学、Chung-Tao Chou、Luqiao Liu、 Zhiyu Wang、香港科技大学。 Ruyi Song、デューク大学。 JosephSklenar、ウェイン州立大学。 Wei Zhang、ノースカロライナ大学チャペルヒル校、 Haipeng Lu、Matthew Beard、国立再生可能エネルギー研究所公開日: 2023 年 4 月 1 日、Nature Communications

抽象的な：ハイブリッドマグノニックシステムは、その豊富な量子工学機能により、コヒーレントな情報処理を追求するための新しいシステムです。 典型的な例の 1 つは、音響マグノンと光学マグノンの結合によって量子力学的に混合された 2 準位スピン系に似た容易面異方性を持つ反強磁性体のハイブリッドマグノニクスです。 一般に、これらの直交モード間の結合は、パリティが反対であるため禁止されています。 今回我々は、対称性の低い磁性系で起こるキラル逆対称相互作用であるジャロシンスキー・モリヤ相互作用（DMI）がこの制限を解除できることを示す。 我々は、層間DMIを備えた層状ハイブリッドペロブスカイト反強磁性体が、音響/光学モードの散逸率の4倍である最大0.24GHzまでの強力な固有マグノンマグノン結合強度をもたらすことができることを報告する。 私たちの研究は、これらのハイブリッド反強磁性体のDMIが、高度に調整可能でソリューションプロセス可能な層状磁性プラットフォームの対称性の破れを利用することにより、マグノン-マグノン結合を利用する可能性を秘めていることを示しています。