Raziskovalcem Univerze v Baslu in ETH v Zürichu je uspelo z laserskim žarkom spremeniti polarnost posebnega feromagneta. V prihodnosti bi to metodo lahko uporabili za ustvarjanje prilagodljivih elektronskih vezij s svetlobo.
V feromagnetu delujejo združene sile. Da bi igla kompasa kazala proti severu ali da bi se magnet hladilnika prilepil na vrata hladilnika, se v njih vrti nešteto elektronov, od katerih vsak ustvari le majhno magnetno polje, vsi pa se morajo postaviti v isto smer. To se zgodi zaradi interakcij med vrtljaji, ki morajo biti močnejši od neurejenega toplotnega gibanja znotraj feromagneta. Če je temperatura materiala pod kritično vrednostjo, postane feromagneten.
Nasprotno, če želimo spremeniti polarnost feromagneta, ga moramo običajno najprej segreti nad kritično temperaturo. Elektronski vrtljaji se lahko nato preusmerijo in po ohlajanju se magnetno polje feromagneta sčasoma usmeri v drugo smer.
Skupini raziskovalcev pod vodstvom prof. dr. Tomasza Smoleńskega na Univerzi v Baslu in prof. dr. Ataça Imamğluja na ETH v Zürichu je zdaj uspelo doseči takšno preusmeritev z uporabo samo svetlobe-brez kakršnega koli ogrevanja. Svoje rezultate so objavili vNarava.
Interakcije in topologija
"Pri našem delu je vznemirljivo to, da združujemo tri velike teme sodobne fizike kondenzirane snovi v enem samem poskusu: močne interakcije med elektroni, topologijo in dinamični nadzor," pravi Imamğlu.
Da bi to dosegli, so raziskovalci uporabili poseben material, sestavljen iz dveh tankih-plasti organskega polprevodnika molibdenovega ditelurida, ki sta rahlo zaviti druga glede na drugo.
V takih materialih lahko nastanejo tako-ti topološka stanja. Preprosto povedano, lahko topološka stanja označimo glede na to, kako izgledajo: žoga (brez luknje) ali krof (ena luknja). Pomembno je, da žoge ni mogoče spremeniti v krof s preprosto deformacijo, kar pomeni, da so topološka stanja nedvoumno in trajno definirana.
V novih poskusih,-ki sta jih skupaj nadzorovala Smoleński in Imamğlu, je bilo mogoče elektrone uglasiti med takšnimi topološkimi stanji, ki so izolacijska, in kovinskimi stanji, ki so prevodna. Zanimivo je, da interakcije povzročijo, da se vrtljaji elektronov v obeh stanjih poravnajo vzporedno drug z drugim, zaradi česar se material spremeni v feromagnet.
"Naš glavni rezultat je, da lahko uporabimo laserski impulz za spremembo skupne orientacije vrtljajev," pravi Olivier Huber, doktor znanosti. študent ETH, ki je izvedel poskuse skupaj s svojim kolegom Kilianom Kuhlbrodtom in Tomaszom Smoleńskim. Pred nekaj leti je bilo to že narejeno za posamezne elektrone, zdaj pa je dosežen "preklop" oziroma sprememba polarnosti celotnega feromagneta.
"To preklapljanje je bilo trajno in poleg tega topologija vpliva na dinamiko preklapljanja," pravi Smoleński.
Odkrijte najnovejše v znanosti, tehnologiji in vesolju z več100.000 naročnikovki se za vsakodnevne vpoglede zanašajo na Phys.org. Prijavite se na naše brezplačno glasilo in prejemajte posodobitve o pomembnih dosežkih, inovacijah in raziskavah-dnevno ali tedensko.
Naročite se
Dinamično krmiljenje feromagneta
Na ta način lahko laserski impulz uporabimo tudi za risanje novih mejnih črt, znotraj katerih se nahaja topološko feromagnetno stanje. To je mogoče storiti večkrat, tako da je mogoč dinamičen nadzor topoloških in feromagnetnih lastnosti.
Da bi pokazali, da je majhen feromagnet, ki je velik le nekaj mikrometrov, dejansko spremenil svojo polarnost, so raziskovalci izmerili odboj drugega, veliko šibkejšega laserskega žarka. Ta odboj je razkril orientacijo elektronskih vrtljajev.
"V prihodnosti bomo lahko uporabili našo metodo za optično pisanje poljubnih in prilagodljivih topoloških vezij na čipu," pravi Smoleński. Ta pristop bi lahko nato uporabili za ustvarjanje majhnih interferometrov, s katerimi je mogoče izmeriti izjemno majhna elektromagnetna polja.
