Un diagramme du processus de refroidissement rapide du magnon gaz au magnon BEC.

Introduction de techniques de refroidissement rapide pour faire progresser la nanotechnologie quantique


Actuellement, les BEC se forment en abaissant la température à zéro absolu ou en injectant un grand nombre de particules à température ambiante dans un petit espace.

En revanche, le processus des équipes consiste à chauffer lentement les quasi-particules appelées magnons, puis à les refroidir rapidement à température ambiante. Dans ce processus, les magnons représentent les quanta d'excitations magnétiques d'un corps solide.

Un processus plus simple et plus accessible

Ce nouveau processus décrit par les recherches des équipes, qui a été publié dans la revue Nanotechnologie de la nature le 20 avril, c'est beaucoup plus simple. Il n'est pas techniquement complexe comme le processus actuel et ne nécessite qu'une source de chaleur avec une minuscule nanostructure magnétique.

Cela signifie qu'il sera, en théorie, accessible à un plus grand nombre d'équipes de recherche dans le monde, car des machines spécialisées et un savoir-faire approfondi ne sont pas nécessaires.

"Nos récents progrès dans la miniaturisation des structures magnétiques à l'échelle nanoscopique nous ont permis d'aborder la BEC sous un angle complètement différent, [sic]" a déclaré le professeur Andrii Chumak de l'Université de Vienne.

Un diagramme du processus de refroidissement rapide du magnon gaz au magnon BEC.

(De gauche à droite) Particules de gaz Magnon rebondissant à l'intérieur d'une nanostructure magnétique. Lorsqu'ils sont rapidement refroidis, ils sautent spontanément dans le même état, formant un condensat de Bose-Einstein (BEC). Image attribuée au Dr Andrii Chumak, Technische Universität Kaiserslautern / Universität Wien

La manipulation de la température des nanostructures

Le processus consiste à chauffer lentement la nanostructure jusqu'à 200 degrés Celsius pour générer des photons, qui à leur tour génèrent des magnons à la même température. La source de chauffage est ensuite coupée et la nanostructure se refroidit rapidement jusqu'à la température ambiante en une nanoseconde. Lorsque cela se produit, les photons s'échappent vers le substrat mais les magnons restent car ils sont trop lents à réagir.

Lorsque les photons s'échappent, les magnons doivent réduire leur énergie pour rester en équilibre. Puisqu'ils ne peuvent pas diminuer le nombre de particules car ils sont trop lents pour échapper à la nanostructure, ils sautent plutôt au même niveau d'énergie faible. En occupant spontanément le même niveau d'énergie, les magnons forment un BEC.

Un résultat inattendu

L'équipe a fait sa découverte par accident, à l'origine pour étudier un autre aspect des nanocircuits. "Au début, nous pensions que quelque chose n'allait vraiment pas avec notre expérience ou notre analyse de données", l'auteur principal du document, Michael Schneider, a déclaré. Pour confirmer la présence de BEC, l'équipe a modifié certains paramètres expérimentaux et utilisé des techniques de spectroscopie.

Le professeur Burkard Hillebrands de TUK a déclaré que bien que "de nombreux chercheurs" étudient actuellement les différents types de BEC, leur nouvelle approche "devrait fonctionner pour tous les systèmes", et a ajouté que révéler des informations sur les magnons et leur comportement sous une forme d'état quantique macroscopique à la température ambiante "pourrait avoir une incidence sur la recherche de développer des ordinateurs utilisant des magnons comme supports de données."



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