Bazelio universiteto ir Ciuricho ETH mokslininkams pavyko pakeisti specialaus feromagneto poliškumą naudojant lazerio spindulį. Ateityje šis metodas galėtų būti naudojamas kuriant pritaikomas elektronines grandines su šviesa.
Feromagnete veikia sujungtos jėgos. Kad kompaso adata būtų nukreipta į šiaurę arba šaldytuvo magnetas priliptų prie šaldytuvo durelių, jų viduje sukasi daugybė elektronų, kurių kiekvienas sukuria tik mažytį magnetinį lauką, visi turi išsirikiuoti ta pačia kryptimi. Tai atsitinka dėl sąveikos tarp sukimų, kurie turi būti stipresni už netvarkingą šiluminį judėjimą feromagneto viduje. Jei medžiagos temperatūra yra žemesnė už kritinę vertę, ji tampa feromagnetine.
Ir atvirkščiai, norint pakeisti feromagneto poliškumą, paprastai pirmiausia reikia jį pašildyti virš kritinės temperatūros. Tada elektronų sukiniai gali persiorientuoti, o atvėsus feromagneto magnetinis laukas galiausiai nukreipiamas kita kryptimi.
Bazelio universiteto profesoriaus dr. Tomaszo Smoleńskio ir Ciuricho ETH profesoriaus dr. Ataç Imamoğlu vadovaujama tyrėjų komanda sugebėjo tokią perorientaciją naudojant tik šviesą{5}}be šildymo. Jie paskelbė savo rezultatus mGamta.
Sąveika ir topologija
„Mūsų darbe įdomu tai, kad viename eksperimente sujungiame tris pagrindines šiuolaikinės kondensuotųjų medžiagų fizikos temas: stiprią elektronų sąveiką, topologiją ir dinaminį valdymą“, - sako Imamoğlu.
Norėdami tai pasiekti, mokslininkai panaudojo specialią medžiagą, sudarytą iš dviejų plonų organinio puslaidininkinio molibdeno ditelurido sluoksnių, kurie vienas kito atžvilgiu yra šiek tiek susukti.
Tokiose medžiagose gali susidaryti vadinamosios{0}}topologinės būsenos. Paprasčiau tariant, topologines būsenas galima apibūdinti pagal tai, kaip jos atrodo: rutulys (be skylės) arba spurgas (viena skylė). Svarbu tai, kad rutulys negali būti paverstas spurgu paprasta deformacija, o tai reiškia, kad topologinės būsenos yra vienareikšmiškai ir visam laikui apibrėžtos.
Atliekant naujus eksperimentus, kuriuos-prižiūrėjo Smoleńskis ir Imamoğlu, elektronai gali būti suderinti tarp tokių topologinių būsenų, kurios yra izoliuojančios, ir metalinės būsenos, kurios yra laidios. Pažymėtina, kad dėl sąveikos elektronų sukimasis abiejose būsenose yra lygiagrečiai vienas kitam, todėl medžiaga paverčiama feromagnetu.
„Pagrindinis mūsų rezultatas yra tai, kad galime naudoti lazerio impulsą, kad pakeistume kolektyvinę sukimų orientaciją“, – sako mokslų daktaras Olivier Huber. ETH studentas, kuris eksperimentus atliko kartu su savo kolega Kilianu Kuhlbrodtu ir Tomasz Smoleński. Prieš keletą metų tai jau buvo daroma pavieniams elektronams, tačiau dabar pasiektas viso feromagneto „perjungimas“ arba poliškumo pakeitimas.
„Šis perjungimas buvo nuolatinis, be to, topologija daro įtaką perjungimo dinamikai“, - sako Smoleński.
Atraskite naujausias mokslo, technologijų ir kosmoso naujienas100 000 prenumeratoriųkurie pasikliauja Phys.org kasdienėmis įžvalgomis. Prisiregistruokite gauti nemokamą informacinį biuletenį ir gaukite naujienas apie svarbius laimėjimus, naujoves ir tyrimus-kasdien arba kas savaitę.
Prenumeruoti
Dinaminis feromagneto valdymas
Tokiu būdu lazerio impulsu galima nubrėžti ir naujas ribines linijas, kurių viduje yra topologinė feromagnetinė būsena. Tai gali būti daroma pakartotinai, kad būtų galima dinamiškai valdyti topologines ir feromagnetines savybes.
Siekdami parodyti, kad mažytis vos kelių mikrometrų dydžio feromagnetas iš tikrųjų pakeitė savo poliškumą, mokslininkai išmatavo antrojo, daug silpnesnio lazerio spindulio atspindį. Šis atspindys atskleidė elektronų sukinių orientaciją.
"Ateityje galėsime naudoti savo metodą, norėdami optiškai įrašyti savavališkas ir pritaikomas topologines grandines ant lusto", - sako Smoleńskis. Tada šis metodas galėtų būti naudojamas kuriant mažyčius interferometrus, kuriais būtų galima išmatuoti itin mažus elektromagnetinius laukus.
