Алмазный датчик обнаружит спиновые волны
В основе спинтроники лежат магноны — кванты волн спинового возбуждения. Чтобы прогрессировать в этой области, их нужно уметь обнаружить.
В области спинтроники уже появились устройства, работающие на взаимодействии между спином и тепловым потоком. Такие устройства могут дать значительный толчок развитию термоэлектрических устройств, преобразующих тепло в электричество.
В то же время центры азотной вакансии в алмазе (дефекты кристаллической решетки, когда место углерода занимает азот) могут помочь создать квантовые датчики высокого разрешения.
Также было продемонстрировано, что такие дефекты в алмазе могут помочь обнаружить когерентные магноны. Однако обнаружение термически возбужденных магнонов с помощью центров азотной вакансии затруднено, поскольку энергия термических магнонов намного выше, чем энергия спинового состояния центров азотной вакансии, что ограничивает их взаимодействие. Однако учёные успешно обнаружили магноны в иттрий-железном гранате (YIG), магнитном изоляторе, с помощью квантового датчика на основе алмаза с центрами азотной вакансии.
Для достижения этой цели команда учёных использовала взаимодействие между когерентными низкоэнергетическими магнонами и центрами азотной вакансии как косвенный способ обнаружения термически возбужденных магнонов. Ток, создаваемый тепловыми магнонами, изменяет низкоэнергетические магноны, оказывая на них вращательное воздействие, которое может быть уловлено дефектами в алмазе. Таким образом, метод позволяет обнаружить тепловые магноны, наблюдая за изменениями в когерентных магнонах.
Как это проверяли? Исследователи установили образец иттрий-железного граната с двумя золотыми антеннами, расположенными на концах поверхности образца, и поместили небольшой алмазный датчик в центре образца. Они создали низкоэнергетические спиновые волны, соответствующие когерентным магнонам в образце, используя микроволны, и сгенерировали тепловые магноны, создав градиент температуры по всему образцу. Конечно, алмазный датчик уловил изменения когерентных магнонов, вызванные индуцированным тепловым магнонным током.
Способность обнаруживать тепловые магноны с центрами азотной вакансии особенно выгодна — традиционные методы требуют больших электродов и специфических конфигураций.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Applied.