Cercetătorii de la Universitatea din Basel și ETH din Zurich au reușit să schimbe polaritatea unui feromagnet special folosind un fascicul laser. În viitor, această metodă ar putea fi folosită pentru a crea circuite electronice adaptabile cu lumină.
Într-un feromagnet, forțele combinate lucrează. Pentru ca un ac de busolă să îndrepte spre nord sau un magnet de frigider să se lipească de ușa frigiderului, nenumărați electroni se rotesc în interiorul lor, fiecare creând doar un câmp magnetic mic, toți trebuie să se alinieze în aceeași direcție. Acest lucru se întâmplă prin interacțiuni între spini, care trebuie să fie mai puternice decât mișcarea termică dezordonată din interiorul feromagnetului. Dacă temperatura materialului este sub o valoare critică, acesta devine feromagnetic.
În schimb, pentru a schimba polaritatea unui feromagnet, de obicei trebuie să-l încălziți mai întâi peste temperatura sa critică. Rotirile electronilor se pot reorienta apoi, iar după răcire, câmpul magnetic al feromagnetului indică în cele din urmă într-o direcție diferită.
O echipă de cercetători condusă de Prof. Dr. Tomasz Smoleński de la Universitatea din Basel și Prof. Dr. Ataç Imamoğlu de la ETH din Zurich a reușit acum să realizeze o astfel de re-orientare folosind doar lumina-fără nicio încălzire. Și-au publicat rezultatele înNatură.
Interacțiuni și topologie
„Ceea ce este interesant la munca noastră este că combinăm cele trei mari subiecte din fizica modernă a materiei condensate într-un singur experiment: interacțiuni puternice între electroni, topologie și control dinamic”, spune Imamoğlu.
Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au folosit un material special constând din două straturi subțiri-plachetă de ditelurură de molibden semiconductor organic, care sunt ușor răsucite unul față de celălalt.
În astfel de materiale se pot forma așa-numitele stări topologice. Pur și simplu vorbind, stările topologice pot fi caracterizate în funcție de cum arată: o minge (fără gaură) sau o gogoașă (o gaură). Important este că o minge nu poate fi transformată într-o gogoașă printr-o simplă deformare, ceea ce înseamnă că stările topologice sunt definite fără echivoc și permanent.
În noile experimente co-supravegheate de Smoleński și Imamoğlu, electronii ar putea fi reglați între astfel de stări topologice care sunt izolatoare și stări metalice care sunt conducătoare. În mod remarcabil, interacțiunile fac ca spinii electronilor din ambele stări să se alinieze paralel unul cu celălalt, transformând materialul într-un feromagnet.
„Rezultatul nostru principal este că putem folosi un puls laser pentru a schimba orientarea colectivă a spinurilor”, spune Olivier Huber, Ph.D. student la ETH, care a efectuat experimentele împreună cu colegul său Kilian Kuhlbrodt și Tomasz Smoleński. Cu câțiva ani în urmă, acest lucru se făcuse deja pentru un singur electroni, dar acum s-a realizat „comutarea” sau schimbarea polarității întregului feromagnet.
„Această comutare a fost permanentă și, în plus, topologia influențează dinamica comutării”, spune Smoleński.
Descoperiți cele mai noi științe, tehnologie și spațiu cu over100.000 de abonațicare se bazează pe Phys.org pentru informații zilnice. Înscrieți-vă pentru buletinul nostru informativ gratuit și primiți actualizări despre descoperiri, inovații și cercetări care contează-zilnic sau săptămânal.
Abonați-vă
Controlul dinamic al feromagnetului
În acest fel, impulsul laser poate fi folosit și pentru a trasa noi linii de delimitare, în interiorul cărora se află starea feromagnetică topologică. Acest lucru se poate face în mod repetat, astfel încât să fie posibil un control dinamic al proprietăților topologice și feromagnetice.
Pentru a arăta că micul feromagnet, care are o dimensiune de doar câțiva micrometri, și-a schimbat efectiv polaritatea, cercetătorii au măsurat reflexia unui al doilea fascicul laser mult mai slab. Această reflecție a relevat orientarea spinurilor electronilor.
„În viitor, vom putea folosi metoda noastră pentru a scrie optic circuite topologice arbitrare și adaptabile pe un cip”, spune Smoleński. Această abordare ar putea fi apoi utilizată pentru a crea interferometre minuscule, cu ajutorul cărora pot fi măsurate câmpuri electromagnetice extrem de mici.
