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Um grupo internacional de pesquisadores criou um estado magnon misto em um material de perovskita híbrido orgânico, utilizando a Dzyaloshinskii-Moriya-Interaction (DMI). O material resultante tem potencial para processar e armazenar informações de computação quântica. O trabalho também expande o número de potenciais materiais que podem ser usados para criar sistemas magnônicos híbridos.
Em materiais magnéticos, quase-partículas chamadas magnons direcionam o spin do elétron dentro do material. Existem dois tipos de magnons – ópticos e acústicos – que se referem à direção de seu spin.
“Ambos os magnons ópticos e acústicos propagam ondas de spin em antiferromagnetos”, diz Dali Sun, professor associado de física e membro do Laboratório de Eletrônica Orgânica e de Carbono (ORaCEL) da North Carolina State University. “Mas, para usar ondas de spin para processar informações quânticas, você precisa de um estado de onda de spin misto”.
“Normalmente, dois modos magnon não podem gerar um estado de rotação misto devido às suas diferentes simetrias”, diz Sun. “Mas, aproveitando o DMI, descobrimos uma perovskita híbrida com um estado misto de magnon”. Sun também é um autor correspondente da pesquisa.
Os pesquisadores conseguiram isso adicionando um cátion orgânico ao material, o que criou uma interação específica chamada DMI. Resumindo, o DMI quebra a simetria do material, permitindo que os spins se misturem.
A equipe utilizou uma perovskita orgânica-inorgânica híbrida magnética à base de cobre, que possui uma estrutura octaédrica única. Esses octaedros podem se inclinar e se deformar de diferentes maneiras. Adicionar um cátion orgânico ao material quebra a simetria, criando ângulos dentro do material que permitem que os diferentes modos de magnon se acoplem e os spins se misturem.
“Além das implicações quânticas, esta é a primeira vez que observamos quebra de simetria em uma perovskita orgânica-inorgânica híbrida”, diz Andrew Comstock, assistente de pesquisa de pós-graduação da NC State e primeiro autor da pesquisa.
“Descobrimos que o DMI permite o acoplamento de magnon em materiais de perovskita híbridos à base de cobre com os requisitos de simetria corretos”, diz Comstock. “Adicionar diferentes cátions cria diferentes efeitos. Este trabalho realmente abre caminhos para criar acoplamento magnon de muitos materiais diferentes – e estudar os efeitos dinâmicos deste material também pode nos ensinar uma nova física.”
A obra aparece em Natureza Comunicações e foi apoiado principalmente pelo Centro do Departamento de Energia dos EUA para Semicondutores Inorgânicos Orgânicos Híbridos para Energia (CHOISE). Chung-Tao Chou, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, é o primeiro autor do trabalho. Luqiao Liu, do MIT, e Matthew Beard e Haipeng Lu, do Laboratório Nacional de Energia Renovável, são autores correspondentes da pesquisa.
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