Les antiferromagnets synthétiques sont des matériaux magnétiques soigneusement conçus composés de couches ferromagnétiques alternées avec des moments magnétiques alignés opposés, séparés par une espaceur non magnétique. Ces matériaux peuvent afficher des modèles de magnétisation intéressants, caractérisés par des changements rapides dans le comportement des moments magnétiques en réponse à des forces externes, telles que les courants radiofréquences (RF).
Lorsque la magnétisation de chaque couche dans les antiferromagnets synthétiques est perturbée par une force externe, ses moments magnétiques commencent à «prévenir», ou en d'autres termes, pour tourner autour de leur direction d'équilibre. Des études antérieures ont identifié deux modes d'oscillation collective primaire de spin dans les antiferromagnets synthétiques, influençant la précession des moments magnétiques.
Le premier est le mode acoustique, caractérisé par la rotation synchronisée des couches ferromagnétiques dans la même direction et la même phase. La seconde est le mode optique, dans lequel les couches ferromagnétiques tournent dans des directions opposées (c'est-à-dire avec une magnétisation d'une couche vers le haut et l'autre vers le bas).
Des chercheurs de l'Université de Tohoku et d'autres instituts ont récemment mené une étude pour approfondir l'interaction entre les modes acoustiques et optiques dans les antiferromagnets synthétiques. Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquerapporte l'observation d'un phénomène connu sous le nom de division de type rabi qui fait allusion à un échange d'énergie entre les deux modes, qui semble provenir d'interactions non linéaires entre trois quasiparticules appelés magnons.
« Ce travail est émergé de la convergence de deux instructions de recherche distinctes », a déclaré à Issues.fr Shigemi Mizukami, co-ennior de l'article. « Le Dr Aakanksha Sud avait précédemment étudié le fractionnement de type rabi en raison du couplage en mode linéaire dans des antiferromagnets synthétiques en utilisant des méthodes électriques sous symétrie cassée.
« En parallèle, mes collègues et moi avions étudié la dynamique linéaire et non linéaire dans des systèmes similaires en utilisant des techniques entièrement optiques.
Pour répondre à cette question de recherche, l'équipe a effectué une expérience qui combinait des techniques d'excitation électrique avec une dynamique non linéaire. Pour mieux comprendre leurs observations, ils ont collaboré avec le physicien théorique, le Dr K. Yamamoto, qui les a aidés à confirmer que la division claire de type rabi qu'ils ont observée est émergé des interactions à trois Magnon sans briser la symétrie.
« Nous avons utilisé une technique électrique appelée rectification RF, qui nous permet d'exciter la dynamique de l'aimantation dans un régime non linéaire », a expliqué Mizukami. « En appliquant un courant RF à un antiferromagnet synthétique – fait de deux couches ferromagnétiques couplées antiferromagnétiquement – nous avons induit des résonances magnétiques et surveillé le signal de tension qu'ils ont produit. »
Dans le cadre de leur expérience, les chercheurs ont excité un antiferromagnet synthétique en utilisant un courant RF, qui a induit des oscillations dans ses couches magnétiques. La RF qu'ils ont appliquée avait une fréquence de conduite égale à la moitié de la fréquence de résonance du mode optique, car cela a permis des interactions non linéaires entre les modes acoustiques et optiques.
Dans ces conditions spécifiques, ils ont constaté que le pic spectral du mode acoustique était divisé en deux, un phénomène appelé division de type rabi. Ce phénomène indique un couplage entre les modes acoustiques et optiques.
« Notre conclusion clé est que la division de type rabi due au couplage non linéaire de magnon peut se produire dans un système symétrique, sans compter sur la rupture de la symétrie », a déclaré Mizukami. « Cela a dévoilé que les non-linéarités intrinsèques peuvent à elles seules hybrider des modes Magnon. Ces résultats ouvrent de nouvelles opportunités pour contribuer à la compréhension plus large de la dynamique non linéaire dans les systèmes de matière condensés et les applications à base de magnon à réglage électrique. »
Les résultats de cette étude récente pourraient ouvrir la voie à de nouvelles recherches visant à explorer les interactions non linéaires et le couplage multimode dans les antiferromagnets synthétiques et autres matériaux magnétiques. À l'avenir, ils pourraient également contribuer au développement de nouveaux dispositifs magnétiques et spintroniques réglables.
« Nous considérons maintenant comment le couplage non linéaire affecte la propagation des magnons, pas seulement les résonances magnétiques debout démontrées dans cette étude, pour une compréhension approfondie et en vue d'applications potentielles basées sur les magnons », a ajouté Mizukami.
« Nous prévoyons de développer de nouvelles architectures d'appareils pour contrôler la propagation de Magnon à travers la conception et la nanofabrication des matériaux, pour créer des plates-formes évolutives et de faible puissance pour l'informatique spintronique et neuromorphique basée sur une dynamique de magnon non linéaire », a ajouté Sud.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Andrew Zinin – cet article est le résultat d'un travail humain soigneux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
