Исследователи измерили преобразование в микроволновом диапазоне шириной примерно 300 мегагерц. Они также изменили рабочую частоту, применив внешнее магнитное поле. Одна деталь делает эту демонстрацию особенно примечательной с инженерной точки зрения. Команда добилась такого эффекта, используя объемный кристалл без резонаторов. Оптические и микроволновые резонаторы могут усиливать взаимодействие в системах преобразования частоты. Отказ от этих компонентов может обеспечить большую гибкость на ранних этапах разработки устройств.

CrSBr также имеет слоистую структуру, которая может помочь инженерам уменьшить размеры будущих устройств. Исследователи могут уменьшить количество слоев материала до нескольких, сохранив его магнитные и оптические свойства. Пратап Чандра Адак, постдокторант в группе Винода М. Менона, руководил исследованием. По его словам, структура материала открывает возможности для более сильных взаимодействий и более тесной интеграции.

Лаборатория нано- и микрофотоники в Городском колледже Нью-Йорка провела работу под руководством Менона.

Квантовые сети еще впереди

Эксперимент демонстрирует механизм физического преобразования, но пока не позволяет передавать отдельные квантовые состояния. Это различие важно, поскольку квантовая связь требует чрезвычайно высокой эффективности. Кроме того, процесс преобразования должен вносить очень мало дополнительных помех. Исследователи определили несколько способов усовершенствовать систему. Более тонкие слои CrSBr могли бы усилить взаимодействие в устройствах меньшего размера. Микроволновые резонаторы и высококачественные оптические резонаторы могли бы стать еще одним путем к более эффективному преобразованию. Команда также указала на экситон-поляритоны как на возможный способ снижения оптических потерь.

По словам Менон, CrSBr сочетает в себе сильные оптические взаимодействия с магнетизмом на микроволновых частотах в одном кристалле. Дальнейшие исследования слоистых магнитных материалов могут привести к открытию других комбинаций, подходящих для оптомагнонических устройств.

Следующей инженерной задачей станет превращение лабораторной демонстрации в эффективный квантовый интерфейс. От этого шага может зависеть, насколько полезным окажется этот материал для будущих квантовых сетей.

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials.