Es posible controlar ondas de espín en un chip utilizando superconductores

Es posible controlar ondas de espín en un chip utilizando superconductores
Ilustración del experimento. La ilustración muestra dos electrodos de oro encima de una fina capa magnética. En el medio hay un electrodo superconductor. Utilizando el electrodo de oro izquierdo, los investigadores generan ondas de espín en el material magnético, que viajan hacia la derecha. Encima de los electrodos hay una membrana de diamante cuadrada que permite a los investigadores ver directamente a través del electrodo superconductor. Crédito: Michael Borst, TU Delft

Las ondas de espín son ondas de transmisión de información que se encuentran en materiales magnéticos. Los científicos han estado buscando una técnica eficaz para controlar y gestionar las ondas de espín durante muchos años porque podría ser un componente potencial para reemplazar los dispositivos electrónicos que consumen menos energía.

Los superconductores han permitido a los físicos cuánticos de la Universidad Tecnológica de Delft controlar y modular las ondas de espín en un chip por primera vez. En el futuro, estas pequeñas ondas en los imanes pueden proporcionar una alternativa interesante para la electrónica, especialmente para conectar partes de una computadora cuántica o tecnología de la información energéticamente eficiente. Este descubrimiento brinda a los físicos una nueva comprensión de la relación entre imanes y superconductores.

Tueno van der Sar, profesor asociado del Departamento de Nanociencia Cuántica, dijo: «El gran avance de nuestro equipo de investigación es que hemos demostrado que podemos controlar adecuadamente las ondas de espín si utilizamos un electrodo superconductor».

El funcionamiento es el siguiente: una onda de espín crea un campo magnético que hace que el superconductor produzca una supercorriente. El electrodo superconductor de esta supercorriente actúa como un espejo para la onda de espín, reflejando su campo magnético. Las ondas de giro son más fáciles de gestionar debido a la capacidad del espejo superconductor de ralentizar el movimiento hacia arriba y hacia abajo de las ondas.

Michael Borst, quien dirigió el experimento, dijo: «Cuando las ondas de espín pasan bajo el electrodo superconductor, ¡resulta que su longitud de onda cambia completamente! Al cambiar ligeramente la temperatura del electrodo, podemos ajustar la magnitud del cambio con mucha precisión».

Van der Sar dice: «Comenzamos con una fina capa magnética de granate de itrio y hierro (YIG), conocido por ser el mejor imán de la Tierra. Encima de eso, colocamos un electrodo superconductor y otro electrodo para estimular las ondas de espín. Enfriándolo a -268 grados, Pudimos convertir el electrodo a un estado superconductor.

«Fue sorprendente ver que las ondas de espín se volvieron cada vez más lentas a medida que se enfriaba. Esto nos da un control único para manipular las ondas de espín; podemos transformarlas, reflejarlas, hacerlas resonar y más. Pero también nos da tremendos conocimientos nuevos sobre las propiedades de los superconductores».

Un elemento vital del experimento fue que los científicos utilizaron un sensor específico para medir el campo magnético de las ondas de espín y obtener imágenes de ellas. Utilizaron electrones de diamante como sensores de los campos magnéticos de las ondas de espín. Su laboratorio es pionero en esta tecnología. Es interesante porque, al igual que un escáner de resonancia magnética, puede ver a través de la piel el cuerpo de una persona y observar a través del superconductor opaco las ondas de giro subyacentes.

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Borst dijo «La tecnología de ondas de espín está todavía en su infancia. Por ejemplo, para fabricar ordenadores energéticamente eficientes utilizando esta tecnología, primero debemos empezar a construir pequeños circuitos para realizar cálculos. Nuestro descubrimiento abre la puerta: los electrodos superconductores permiten innumerables circuitos nuevos, energéticos. ondas de giro eficientes.

Van der Sar Agregar, «Ahora podemos diseñar dispositivos basados ​​en ondas de espín y superconductores que producen pocas ondas de calor y sonido. Pensemos en la versión electrónica de espín de los filtros de frecuencia o resonadores, componentes que se pueden encontrar en los circuitos electrónicos de los teléfonos móviles, por ejemplo. que pueden actuar como transistores o conectores entre qubits en una computadora cuántica.

Referencia de la revista:

  1. M. Borst, B. H. Frey, A. Lutero y otros. Monitorización y control de modos de transporte híbridos de corrientes de espín-onda-Meissner. Ciencias. Identificación digital: 10.1126/ciencia.adj7576

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