Et si l'effet Magnon Hall, qui traite les informations à l'aide de magnons (ondes de spin) capables de transfert d'informations sans courant avec les aimants, pourrait surmonter sa limitation actuelle de la possible uniquement sur un plan 2D? Si les magnons pouvaient être utilisés dans l'espace 3D, ils permettraient une conception flexible, y compris des circuits 3D, et seraient applicables dans divers domaines tels que des structures informatiques neuromorphes (microsage du cerveau) de nouvelle génération, similaires au traitement de l'information du cerveau humain.
Kaist et une équipe de recherche conjointe internationale ont, pour la première fois, prédit un effet 3D Magnon Hall, démontrant que les magnons peuvent se déplacer librement et complexes dans l'espace 3D, transcendant le concept conventionnel des magnons. L'œuvre est publiée dans la revue Lettres d'examen physique.
Le professeur Se Kwon Kim du Département de physique, en collaboration avec le Dr Ricardo Zarzuela de l'Université de Mayina, en Allemagne, a révélé que l'interaction entre les magnons (vagues de spin) et les solitons (tourbillons de spin) dans des structures magnétiques complexes (aimants frustrés topologiquement texturés) n'est pas simple, mais complexe qui permet de nouvelles fonctionnalités.
Les magnons (ondes de spin), qui peuvent transmettre des informations comme les mouvements d'électrons, attirent l'attention en tant que technologie de traitement de l'information de nouvelle génération qui transmet des informations sans utiliser de courant, générant ainsi aucune chaleur. Jusqu'à présent, Magnon Research s'est concentré sur des aimants simples où les tours sont soigneusement alignés dans une direction, et les mathématiques décrivant qu'il s'agissait d'une «théorie de la jauge abélienne» relativement simple.
L'équipe de recherche a démontré que dans des structures de spin complexes comme les aimants frustrés, les magnons interagissent et se sont empêtrés de manière complexe dans diverses directions. Ils ont appliqué un cadre mathématique avancé, «théorie de la jauge non abélienne», pour décrire ce mouvement, qui est une réalisation révolutionnaire.
Cette recherche présente la possibilité de futures applications dans des dispositifs logiques à faible puissance utilisant des magnons et des technologies de traitement de l'information quantique basées sur la topologie, indiquant un changement potentiel de paradigme dans les futures technologies de l'information.
Dans les matériaux magnétiques linéaires conventionnels, la valeur représentant l'état magnétique (paramètre d'ordre) est donnée sous forme de vecteur. Dans la recherche en magnonique sur la base de cela, il a été interprété qu'un champ de jauge abélien U (1) est induit lorsque les magnons se déplacent dans des structures de soliton comme les skyrmions. Cela signifie que l'interaction entre les solitons et les magnons a une structure similaire à l'électrodynamique quantique (QED), qui a expliqué avec succès divers résultats expérimentaux tels que l'effet Magnnon Hall dans les aimants 2D.
Cependant, grâce à cette recherche, l'équipe a théoriquement révélé que dans les aimants frustrés, le paramètre de commande doit être exprimé non pas comme un simple vecteur mais comme une quaternion. En conséquence, le champ de jauge vécu par les magnons ressemble à un champ de jauge non abélien SU (3), plutôt qu'à un simple champ de jauge abélien U (1).
Cela implique que dans les aimants frustrés, il n'y a pas un ou deux types de magnons observés dans les aimants conventionnels, mais trois types de magnons distincts, chaque interaction et complexe avec des solitons. Cette structure est très significative car elle ressemble à la chromodynamique quantique (QCD) qui décrit la forte interaction entre les quarks médiés par des gluons plutôt que par l'électrodynamique quantique (QED) qui décrit les forces électromagnétiques.
Le professeur SE Kwon Kim a déclaré: « Cette recherche présente un cadre théorique puissant pour expliquer la dynamique des magnons se produisant dans l'ordre complexe des aimants frustrés, » ajoutant « , par la magnonie non abélienne pionnière, ce sera un point de tournant conceptuel qui peut influencer la recherche de magnétisme quantique dans son ensemble. »
