DMI는 Magnon을 허용합니다

국제 연구진이 DMI(Dzyaloshinskii-Moriya-Interaction)를 활용하여 유기 하이브리드 페로브스카이트 물질에 혼합 마그논 상태를 생성했습니다. 생성된 물질은 양자 컴퓨팅 정보를 처리하고 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 또한 하이브리드 마그노닉 시스템을 만드는 데 사용할 수 있는 잠재적인 재료의 수를 확장합니다.

자성 물질에서는 마그논이라고 불리는 준입자가 물질 내에서 전자 스핀을 유도합니다. 회전 방향을 나타내는 두 가지 유형의 마그논(광학 및 음향)이 있습니다.

"광학 및 음향 마그논은 둘 다 반강자성체에서 스핀파를 전파합니다"라고 노스캐롤라이나 주립 대학의 ORaCEL(Organic and Carbon Electronics Lab) 회원이자 물리학 부교수인 Dali Sun은 말합니다. "그러나 스핀파를 사용하여 양자 정보를 처리하려면 혼합된 스핀파 상태가 필요합니다."

"일반적으로 두 개의 마그논 모드는 서로 다른 대칭성으로 인해 혼합 스핀 상태를 생성할 수 없습니다."라고 Sun은 말했습니다. "그러나 DMI를 활용함으로써 우리는 혼합 마그논 상태를 갖는 하이브리드 페로브스카이트를 발견했습니다." Sun은 또한 해당 연구의 교신저자이기도 합니다.

연구진은 DMI라고 불리는 특정 상호작용을 생성하는 유기 양이온을 물질에 첨가함으로써 이를 달성했습니다. 즉, DMI는 재료의 대칭을 깨뜨려 스핀이 혼합되도록 합니다.

연구팀은 독특한 팔면체 구조를 갖는 구리 기반 자성 하이브리드 유무기 페로브스카이트를 활용했다. 이 팔면체는 다양한 방식으로 기울어지고 변형될 수 있습니다. 재료에 유기 양이온을 추가하면 대칭이 깨져 재료 내에 다양한 마그논 모드가 결합되고 스핀이 혼합될 수 있는 각도가 생성됩니다.

"양자적 의미를 넘어, 우리가 하이브리드 유기-무기 페로브스카이트에서 대칭이 깨진 것을 관찰한 것은 이번이 처음입니다"라고 NC 주립 대학원 연구 조교이자 이번 연구의 제1저자인 Andrew Comstock은 말했습니다.

Comstock은 "우리는 DMI가 올바른 대칭 요구 사항을 갖춘 구리 기반 하이브리드 페로브스카이트 재료에서 마그논 결합을 허용한다는 사실을 발견했습니다."라고 말했습니다. "다른 양이온을 추가하면 다른 효과가 생성됩니다. 이 연구는 실제로 다양한 재료에서 마그논 결합을 생성하는 방법을 열어 주며, 이 재료의 동적 효과를 연구하면 새로운 물리학도 배울 수 있습니다."

이 연구는 Nature Communications에 게재되었으며 주로 미국 에너지부 산하 하이브리드 유기 무기 반도체 에너지 센터(CHOISE)의 지원을 받았습니다. MIT의 정타오 추(Chung-Tao Chou)가 이 연구의 공동 제1저자입니다. MIT의 Luqiao Liu, 국립 재생 에너지 연구소의 Matthew Beard 및 Haipeng Lu는 이번 연구의 공동 교신저자입니다.

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편집자 참고 사항: 초록이 이어집니다.

"하이브리드 페로브스카이트 반강자성체의 하이브리드 마그노닉스"

DOI:10.1038/s41467-023-37505-w

저자: Andrew Comstock, Tonghui Wang, Aram Amassian, Dali Sun, 노스캐롤라이나 주립대학교; MIT 공과대학 주청타오(Chung-Tao Chou), 류루차오(Luqiao Liu); Zhiyu Wang, 홍콩과기대학교; 듀크대학교 송루이(Ruyi Song); 웨인 주립대학교 JosephSklenar; 웨이 장(채플 힐 노스캐롤라이나 대학교); Haipeng Lu, Matthew Beard, 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory) 게시: 2023년 4월 1일 Nature Communications

추상적인: 하이브리드 마그노닉 시스템은 풍부한 양자 공학 기능으로 인해 일관된 정보 처리를 추구하는 새로운 시스템입니다. 한 가지 원형적 예는 음향 마그논과 광학 마그논의 결합을 통해 양자 역학적으로 혼합된 2단계 스핀 시스템과 유사한 쉬운 평면 이방성을 갖는 반강자성체의 하이브리드 마그노닉스입니다. 일반적으로 이러한 직교 모드 간의 결합은 반대 패리티로 인해 금지됩니다. 여기에서는 대칭성이 낮은 자기 시스템에서 발생하는 키랄 반대칭 상호 작용인 Dzyaloshinskii-Moriya 상호 작용(DMI)이 이러한 제한을 해제할 수 있음을 보여줍니다. 우리는 중간층 DMI가 있는 층상 하이브리드 페로브스카이트 반강자성체가 최대 0.24GHz의 강력한 고유 마그논 마그논 결합 강도를 생성할 수 있다고 보고합니다. 이는 음향/광학 모드의 소산 속도보다 4배 더 높습니다. 우리의 연구는 이러한 하이브리드 반강자성체의 DMI가 고도로 조정 가능하고 솔루션 처리가 가능한 층형 자기 플랫폼에서 대칭 파괴를 활용하여 마그논-마그논 결합을 활용할 수 있는 가능성을 가지고 있음을 보여줍니다.