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首次!科学家观测到纳米声波的横向自旋,可控制纳米系统或传递信息

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 Evelyn Zhang • 2021-07-30 16:50:38 来源:前瞻网 E2044G0
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近期,研究人员发现了著名物理学家、诺贝尔奖得主瑞利勋爵(Lord Rayleigh)在1885年预测的纳米声波的滚动运动。这种现象可以在声学量子技术或所谓的“声子”组件中找到应用,这些组件用于控制声波的传播。

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这项研究发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上,由来自普渡大学、奥格斯堡大学、Münster大学和阿尔伯塔大学的研究人员合作展开。

该团队使用了一种纳米线,在纳米线内部,声波的自旋迫使电子进入圆形运动路径。声波在现代纳米物理学中用途广泛,因为它们可以影响电子和光子系统。例如,电脑、智能手机或平板电脑中的微型声芯片可以确保接收到的无线信号得到电子处理。然而,尽管纳米声波的广泛应用,纳米声波自旋的基本特性直到这项研究才被发现。

此前科学家们已经了解纳米声波在固体表面的传播,它显示一个高度特征椭圆滚动运动。“在纳米声波的例子中,我们现在已经成功地直接观察到这种横向自旋。”

在他们的研究中,研究人员使用了放置在所谓的压电材料铌酸锂上的极其精细的纳米线。这种材料在电流作用下会变形,在小金属电极的帮助下,可以在材料上产生声波。

在材料表面,声波产生椭圆旋转(旋转)电场。这反过来又迫使纳米线中的电子的传播呈现圆形路径。

“到目前为止,我们已经知道了这种光现象,”普渡大学埃尔莫尔电子与计算机工程副教授祖宾·雅各布(Zubin Jacob)说。“现在,我们已经成功地证明了这是一种普遍效应,它也发生在其他类型的波中,比如在技术上很重要的铌酸锂平台上的声波。”

该研究成果具有里程碑意义——科学家们首次观测到这种横向自旋,可用于控制纳米系统或传递信息。

研究人员们使用了一个非常快速的频闪镜,这使他们能够实时地实际观察到这种运动,甚至在高达千兆赫的频率范围内。

基于这些操作,Farhad Khosravi博士已经将他对光的计算,直接转化为瑞利声波。他强调:“很长时间以来,人们都知道光波和声波具有类似的特性。然而,它们自旋特性的匹配程度是非常惊人的。”

研究人员相信,这种现象背后的自旋物理学的普遍原理,将带来重要的技术进步。该研究小组目前正在研究声波的横向自旋与其他声波的自旋之间的联系。接下来,他们需要做的是使用这种横向声学自旋,以操纵光学量子系统或光的自旋。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://phys.org/news/2021-07-spin-sonics-acoustic-electrons.html

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