論文の概要: Electron-mediated entanglement of two distant macroscopic ferromagnets within a nonequilibrium spintronic device

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.06634v2
• Date: Thu, 21 Dec 2023 01:30:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-22 19:46:06.304411
• Title: Electron-mediated entanglement of two distant macroscopic ferromagnets within a nonequilibrium spintronic device
• Title（参考訳）: 電子を介する非平衡スピントロニクスデバイスにおける2つの遠距離マクロ磁性体の絡み合い
• Authors: A. Suresh, R. D. Soares, P. Mondal, J. P. Santos Pires, J. M. Viana Parente Lopes, Aires Ferreira, A. E. Feiguin, P. Plech\'a\v{c}, B. K. Nikoli\'c
• Abstract要約: 我々は、電流パルスが2つの空間的に分離されたスペーサーマグネット(FM)の量子局在スピンの絡み合わせに利用できることを示した。 本研究では, FM層間で発生する混合状態の絡み合いを, フル密度行列の時間進化を追跡し, 時間とともに相互対数ネガティビティの蓄積を分析することによって定量化する。 FM層の非平衡・過渡絡みを観測できる超高速X線分光法を応用した電流ポンプ/X線プローブ方式を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8030359871216614
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Using the nascent concept of quantum spin-transfer torque [A. Zholud et al., Phys. Rev. Lett. {\bf 119}, 257201 (2017); M. D. Petrovi\'{c} {\em et al.}, Phys. Rev. X {\bf 11}, 021062 (2021)], we demonstrate that a current pulse can be harnessed to entangle quantum localized spins of two spatially separated ferromagnets (FMs) which are initially unentangled. The envisaged setup comprises a spin-polarizer (FM$_p$) and a spin-analyzer (FM$_a$) FM layers separated by normal metal (NM) spacer. The injection of a current pulse into the device leads to a time-dependent superposition of many-body states characterized by a high degree of entanglement between the spin degrees of freedom of the two distant FM layers. The non-equilibrium dynamics are due to the transfer of spin angular momentum from itinerant electrons to the localized spins via a quantum spin-torque mechanism that remains active even for {\em collinear but antiparallel} arrangements of the FM$_p$ and FM$_a$ magnetizations (a situation in which the conventional spin-torque is absent). We quantify the mixed-state entanglement generated between the FM layers by tracking the time-evolution of the full density matrix and analyzing the build-up of the mutual logarithmic negativity over time. The effect of decoherence and dissipation in the FM layers due to coupling to bosonic baths at finite temperature, the use of multi-electron current pulses and the dependence on the number of spins are also considered in an effort to ascertain the robustness of our predictions under realistic conditions. Finally, we propose a ``current-pump/X-ray-probe'' scheme, utilizing ultrafast X-ray spectroscopy, that can witness nonequilibrium and transient entanglement of the FM layers by extracting its time-dependent quantum Fisher information.
• Abstract（参考訳）: 量子スピン移動トルクの創生概念を用いて [in japanese] Zholud et al., Phys. Rev. Lett. bf 119}, 257201 (2017); M. D. Petrovi\'{c} {\em et al。 とPhys。 X {\bf 11}, 021062 (2021)] では、電流パルスが最初は絡まっていない2つの空間的に分離された強磁性体(FM)の量子局在スピンを絡み合わせることができることを示した。 スピン偏光器(FM$_p$)と、通常の金属(NM)スペーサで分離されたスピン分析器(FM$_a$)とを備える。 デバイスへの電流パルスの注入は、2つの遠方のfm層のスピン自由度の間の高い絡み合いによって特徴づけられる多体状態の時間に依存した重ね合わせとなる。 非平衡力学は、fm$_p$ と fm$_a$ の磁化(従来のスピントークが存在しない状況)の共線形だが反平行な配置においてもアクティブな量子スピン-トーク機構を介して、遍歴電子から局在スピンへのスピン角運動量移動によるものである。 fm層間の混合状態絡み合いを,全密度行列の時間変化を追跡し,時間とともに相互対数ネガティビティの蓄積を解析することにより定量化する。 また, 有限温度でのボゾン浴とのカップリングによるFM層内の脱コヒーレンスおよび消散の影響, 多電子電流パルスの利用, スピン数依存性についても, 現実的な条件下での予測の堅牢性を確認するために検討した。 最後に、超高速X線分光法を用いて、時間依存の量子フィッシャー情報を抽出してFM層の非平衡および過渡的絡み合いを観測できる「電流励起/X線プローブ」方式を提案する。

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