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科技日報記者?張夢然
據最新一期《自然》雜志報道，美國多家大學和橡樹嶺國家實驗室的合作研究表明，磁性半導體溴化鉻中的磁振子可與激子配對，激子準粒子會發光，從而為研究人員提供了一種 “看到”旋轉準粒子的途徑。
磁振子和激子之間的配對將使研究人員能夠看到自旋方向，這是量子應用的重要考慮因素。
圖片來源：《自然》網站
所有磁鐵，從簡單的冰箱貼到計算機中的內存磁盤、再到實驗室研究使用的強磁體，都包含稱為磁振子的旋轉準粒子。一個磁振子旋轉的方向可影響其“鄰居”的方向，進而影響該“鄰居”的自旋，依此類推產生自旋波。信息可通過自旋波比電更有效地傳輸，并且磁振子可充當“量子互連”，將量子比特“粘合”到強大的計算機中。
如果沒有龐大的實驗室設備，磁振子通常很難被發現。然而，使用合適的材料可使觀測磁振子變得更簡單：一種稱為溴化鉻的磁性半導體，可剝離成原子薄的二維層。
當用光擾動磁振子時，研究人員觀察到激子在近紅外范圍內的振蕩，這幾乎是肉眼可見的。這是研究人員第一次看到具有簡單光學效應的磁振子。
研究人員稱，這一結果可被視作量子轉導，也就是將一個“量子”能量轉換為另一個能量。激子的能量比磁振子大4個數量級，因為它們如此緊密地配對在一起，研究人員可很容易地觀察到磁振子的微小變化。這種轉導有助于建立量子信息網絡，該網絡需要從彼此相距幾毫米的基于自旋的量子比特中獲取信息，并將其轉換為光，這是一種可通過光纖將信息傳輸到數百公里外的能量形式。
研究表明，相干時間（振蕩可以持續多長時間）也很顯著，比實驗的5納秒限制要長得多。即使溴化鉻器件僅由兩個原子薄層制成，這種現象也可傳播超過7微米并持續存在，從而提高了構建納米級自旋電子器件的可能性。這些設備將來有望成為當今電子產品的更有效替代。與電流中的電子在行進時遇到阻力不同，實際上沒有粒子在自旋波中移動。
研究人員計劃從溴化鉻的量子信息潛力出發，探索其他二維材料的量子特性。通過像紙一樣堆疊這些材料，創造出各種新的物理現象。例如，如果在性質與溴化鉻略有不同的其他磁性半導體中可找到磁激子耦合，它們可能會發出顏色更廣泛的光。
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