マグノン波を利用した次世代エレクトロニクス粒子制御技術(Researchers Surf the Magnon Wave To Control Particles in Next-Gen Electronics)

2025-08-12 米国国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)

NREL主導の国際研究チームは、磁性体内を伝わるスピン波「マグノン」を利用し、磁性半導体CrSBr中の電子準粒子エキシトン間相互作用を制御する原理を解明した。理論計算により、マグノン存在下でエキシトン同士が引き合い、従来と逆の非線形レッドシフトが生じることを示した。これにより、量子通信や計算に不可欠な量子トランスデューサー、省エネ型光プロセッサ、低光強度応答型光センサーなど次世代電子デバイス設計に新たな道が開ける。成果はNature Materialsに掲載。

<関連情報>

ファンデルワールス反強磁性体におけるマグノン媒介型エキソン-エキソン相互作用 Magnon-mediated exciton–exciton interaction in a van der Waals antiferromagnet

Biswajit Datta,Pratap Chandra Adak,Sichao Yu,Agneya Valiyaparambil Dharmapalan,Siedah J. Hall,Anton Vakulenko,Filipp Komissarenko,Egor Kurganov,Jiamin Quan,Wei Wang,Kseniia Mosina,Zdeněk Sofer,Dimitar Pashov,Mark van Schilfgaarde,Swagata Acharya,Akashdeep Kamra,Matthew Y. Sfeir,Andrea Alù,Alexander B. Khanikaev & Vinod M. Menon
Nature Materials  Published:21 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02183-0

マグノン波を利用した次世代エレクトロニクス粒子制御技術(Researchers Surf the Magnon Wave To Control Particles in Next-Gen Electronics)

Abstract

Excitons are fundamental excitations that govern the optical properties of semiconductors. Interactions between excitons can lead to various emergent phases of matter and large nonlinear optical responses. In most semiconductors, excitons interact via exchange interactions or phase-space filling. Correlated materials that host excitons coupled to other degrees of freedom could offer pathways for controlling these interactions. Here we demonstrate magnon-mediated interactions between excitons in CrSBr, an antiferromagnetic semiconductor. These interactions manifest as the dependence of the exciton energy on the exciton density via a magnonic adjustment of the spin canting angle. Our study demonstrates the emergence of quasiparticle-mediated interactions in correlated quantum materials, leading to large nonlinear optical responses and potential device concepts such as magnon-mediated quantum transducers.

1700応用理学一般
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