Manyetik bir malzeme, elektrik alanları zıt yönlere dönen iki lazer ışınına maruz kalıyor. Malzeme ışığı geri saçar. İki ışından saçılan ışığın yoğunluğu arasında bir fark varsa, malzeme topolojik fazdadır. Kredi: Jörg Harms, MPSD
Topolojik fazlar elektronik sistemlerle sınırlı değildir ve magnon olarak bilinen manyetik dalgalarla karakterize edilen manyetik malzemelerde de bulunabilir. Bilim adamları, magnon akımlarını üretmek ve ölçmek için yöntemler geliştirmiş olsalar da, henüz bir magnon topolojik fazını doğrudan gözlemleyebilmiş değiller.
Bir magnon, bir ses dalgasının içinden geçmesine benzer şekilde, manyetik düzenini bozarak manyetik bir malzemenin içinden geçer. hava. Bu düzen, belirli bir dönme eksenini paylaşan topaçların bir koleksiyonu olarak tasavvur edilebilir. Dalganın etkisi, tepelerin etrafında döndüğü eksenleri hafifçe eğmektir.
Bir topolojik magnon fazı, örneğin kenarları boyunca bir magnon akımı taşıyabilen kanallarla ilişkilidir. Araştırmacılar, elektronik cihazlarda sinyalleri iletmek için elektrik akımlarının nasıl kullanıldığına benzer şekilde, bu tür kenar kanallarının gelecekteki spintronik cihazlarında bilgi taşımak için kullanılabileceğini umuyorlar. Ancak, bu tür teknolojilerin hayata geçirilmesinden önce, bilim adamlarının bir manyetik fazın topolojik olup olmadığını doğrulamanın bir yolunu bulması gerekir.
Transatlantik araştırma ekibi, yapısal olarak grafene benzeyen bir manyetik malzeme sınıfı üzerinde çalıştı ve bunları lazerin elektrik alanının lazer ışınının ekseni etrafında saat yönünde veya saat yönünün tersine döndüğü sağ veya sol yönlü polarizasyona sahip lazer ışığı. Araştırmacılar, malzemeden saçılan ışığı analiz ettiler ve iki polarizasyon için saçılan yoğunluğun farklı olması durumunda malzemenin topolojik bir fazda olduğunu gösterdiler. Tersine, saçılan ışık yoğunluğunda bir fark yoksa, malzeme topolojik bir fazda değildir. Dağınık ışığın özellikleri bu manyetik malzemelerdeki topolojik fazların açık göstergeleri olarak işlev görür.
Tekniğin uygulanması kolaydır ve diğer yarı parçacıklara da genişletilebilir, diyor baş yazar Emil Viñas Boström: ” Raman saçılması, bu önerinin güçlü yönlerinden biri olan, birçok laboratuvarda bulunan standart bir deneysel tekniktir. Ayrıca, sonuçlarımız oldukça geneldir ve fononlar, eksitonlar veya fotonlardan oluşan diğer sistem türleri için de aynı şekilde geçerlidir.”
Uzun vadede, magnonların daha sürdürülebilir yapılarda kullanılabileceği umulmaktadır. çok daha düşük enerji tüketimine sahip teknolojik cihazlar: “Topolojik magnon akımlarını kullanmak, potansiyel olarak gelecekteki cihazların enerji tüketimini elektronik cihazlara kıyasla yaklaşık 1.000 kat azaltabilir – ancak bu noktaya gelene kadar çözülmesi gereken pek çok sorun var. ,” diyor Viñas Boström.
Referans: “İki Boyutlu Kuantum Mıknatıslarda Magnon Topolojisinin Doğrudan Optik Probu”, Emil Viñas Boström, Tahereh Sadat Parvini, James W. McIver, Angel Rubio, Silvia Viola Kusminskiy ve Michael A. Sentef, 13 Ocak 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.026701