科技日报记者张梦然
据最新一期《自然》杂志报道，美国多家大学和橡树岭国家实验室的互助研究表明，磁性半导体溴化铬中的磁振子可与激子配对，激子准粒子会发光，从而为研究人员提供了一种 “看到”旋转准粒子的途径。
磁振子和激子之间的配对将使研究人员可以或许看到自旋方向，这是量子应用的重要考虑因素。
图片来源：《自然》网站
所有磁铁，从简单的冰箱贴到计算机中的内存磁盘、再到实验室研究使用的强磁体，都包罗称为磁振子的旋转准粒子。一个磁振子旋转的方向可影响其“邻居”的方向，进而影响该“邻居”的自旋，依此类推产生自旋波。信息可通过自旋波比电更有用地传输，而且磁振子可充当“量子互连”，将量子比特“粘合”到强大的计算机中。
如果没有庞大的实验室设备，磁振子通常很难被发现。然而，使用符合的材料可使观测磁振子变得更简单：一种称为溴化铬的磁性半导体，可剥离成原子薄的二维层。
当用光扰动磁振子时，研究人员观察到激子在近红外范围内的振荡，这几乎是肉眼可见的。这是研究人员第一次看到具有简单光学效应的磁振子。
研究人员称，这一结果可被视作量子转导，也就是将一个“量子”能量转换为另一个能量。激子的能量比磁振子大4个数量级，因为它们云云精密地配对在一起，研究人员可很容易地观察到磁振子的微小变革。这种转导有助于创建量子信息网络，该网络必要从彼此相距几毫米的基于自旋的量子比特中获取信息，并将其转换为光，这是一种可通过光纤将信息传输到数百公里外的能量形式。
研究表明，干系时间（振荡可以持续多长时间）也很显著，比实验的5纳秒限定要长得多。纵然溴化铬器件仅由两个原子薄层制成，这种现象也可传播凌驾7微米并持续存在，从而进步了构建纳米级自旋电子器件的大概性。这些设备将来有望成为当今电子产物的更有用替代。与电流中的电子在行进时碰到阻力差异，现实上没有粒子在自旋波中移动。
研究人员计划从溴化铬的量子信息潜力出发，探索其他二维材料的量子特性。通过像纸一样堆叠这些材料，创造出各种新的物理现象。比方，如果在性质与溴化铬略有差异的其他磁性半导体中可找到磁激子耦合，它们大概会发出颜色更广泛的光。 |
