Kvantmekaniken förklarade snabb förflyttning av spinn mellan atomer

Danny Thonig

Danny Thonig.

Det gick mycket snabbare än förväntat att förflytta spinntillståndet från en atom till en annan. Danny Thonig, forskare i fysik vid Örebro universitet, gjorde med kolleger de kvantmekaniska beräkningar som förklarade vad som hänt, ett resultat som nu publicerats i tidskriften Science Advances.

Utvecklingen av  den elektroniska tekniken medför allt mindre komponenter. Så småningom handlar det om så små delar att man stöter på kvantfysiska utmaningar. Ett spår forskare utforskar för komma vidare är att manipulera elektronens så kallade spinn.

I artikeln i tidskriften Science Advances beskriver Danny Thonig och forskare vid bland annat Uppsala universitet hur man i experiment kunnat visa att spinntillstånd kan förflytas mellan atomer mycket snabbare än förväntat.

I takt med att komponenterna i elektroniken blir mycket små, till nanometer-nivå, blir kvantmekaniska effekter viktiga. Detta utgör en begränsning av nuvarande teknologi för databehandling och högpresterande beräkningar.

Forskningsfälten spintronik och magnonik har som mål  att ersätta och komplettera konventionell elektronik. Manipulation av elektronens spinn, i stället för laddning,  och styrning av magnetiska excitationer, så kallade magnoner, har stora möjligheter att förbättra tekniken.

För att skapa de tekniska verktygen som krävs behöver man först och främst identifiera de mest lovande materialen och förstå hur snabbt man kan manipulera olika spinntillstånd.

Forskarna visar i denna studie  att spinntillstånd kan förflytas mellan atomer mycket snabbare än förväntat. Materialet var en så kallad Heusler-legering, uppbyggd av kobolt, mangan och germanium. Med en ultrasnabb laserpuls som verktyg kunde forskarna se hur spinn flyttade mellan koboltatomer och manganatomer med en hastighet som tidigare inte kunnat uppmätas.

Danny Thonig och hans kolleger i Uppsala gjorde  de kvantmekaniska beräkningar och tillförde de grundläggande begrepp som förklarar de uppmätta resultaten. Enligt teorin ger laserljuset en optisk övergång mellan olika vågfunktioner och medför en drastisk skillnad i spinntillstånd, något som förklarar experimenten.