Nauka4 lis 2026, 21:57 UTC·1 min czytania

Magnony żyją dłużej, niż sądzono. Nadzieja dla spintroniki

Badacze z Paul Scherrer Institute ustalili, że magnony utrzymują energię znacznie dłużej, niż zakładano. To może pomóc w budowie energooszczędnych układów.

Illustration of magnetic spin waves travelling through a crystal lattice struck by a laser pulse. — Zdjęcie: CHIP Polska - Technologie mamy we krwi!

Naukowcy z Paul Scherrer Institute w Szwajcarii odkryli, że magnony, czyli kwantowe wzbudzenia fal spinowych, zachowują swoją energię znacznie dłużej, niż dotąd sądzono. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications. Dla rozwoju spintroniki to obiecująca wiadomość: technologia ta w przyszłości mogłaby przetwarzać informacje przy dużo mniejszym zużyciu energii niż klasyczna elektronika.

Dlaczego spintronika?

Współczesne procesory opierają się na przepływie ładunków elektrycznych. Prąd generuje jednak straty w postaci ciepła, a dalsza miniaturyzacja tranzystorów jest coraz trudniejsza. Spintronika wykorzystuje nie tylko ładunek elektronów, lecz także ich spin, czyli właściwość kwantową związaną z momentem magnetycznym. Gdy spiny poruszają się w sposób skoordynowany, powstają fale spinowe, a ich wzbudzenia nazywamy magnonami. Mogą one przenosić energię i informację bez przemieszczania elektronów.

Jak przebiegał eksperyment

Badacze użyli tlenku miedzi, materiału magnetycznego o silnych oddziaływaniach między magnetyzmem a drganiami atomów. Próbkę poddano krótkiemu, intensywnemu impulsowi laserowemu, który wzbudził elektrony, zmienił ich spiny i wytworzył magnony. Proces ten trwał femtosekundy. Następnie wzbudzenia magnetyczne oddziaływały ze sobą, tworząc bardziej nieuporządkowany układ fal, a dopiero później przekazywały energię drganiom sieci krystalicznej, czyli fononom.

Kluczowe okazało się to ostatnie stadium: przekazanie energii z magnonów do fononów nastąpiło dopiero w skali nanosekund. To znacznie dłużej, niż oczekiwano po materiale o tak silnych oddziaływaniach magnetycznych i atomowych.

Do obserwacji zespół użył intensywnych impulsów rentgenowskich z lasera na swobodnych elektronach oraz techniki pump-probe. Połączył też dwie znane metody rentgenowskie z nowym zastosowaniem czasowo-rozdzielczego rezonansowego rozpraszania. Pozwoliło to śledzić procesy w bardzo różnych skalach czasowych.

Według autorów ważną rolę w długiej żywotności magnonów odgrywają różnice między zależnościami energii i pędu magnonów oraz fononów, które ograniczają wymianę energii. Lepsze zrozumienie tego mechanizmu może ułatwić projektowanie materiałów o kontrolowanym czasie życia magnonów, przydatnych w energooszczędnych układach logicznych i urządzeniach spintronicznych.