Výskumníkom z Bazilejskej univerzity a ETH v Zürichu sa podarilo zmeniť polaritu špeciálneho feromagnetika pomocou laserového lúča. V budúcnosti by sa táto metóda mohla použiť na vytváranie prispôsobivých elektronických obvodov so svetlom.
Vo feromagnetiku pôsobia kombinované sily. Aby strelka kompasu ukazovala na sever alebo aby sa magnet chladničky prilepil na dvierka chladničky, otáča sa v nich nespočetné množstvo elektrónov, z ktorých každý vytvára len malé magnetické pole, všetky musia byť zoradené rovnakým smerom. To sa deje prostredníctvom interakcií medzi rotáciami, ktoré musia byť silnejšie ako neusporiadaný tepelný pohyb vo feromagnetiku. Ak je teplota materiálu pod kritickou hodnotou, stáva sa feromagnetickým.
Naopak, na zmenu polarity feromagnetika je zvyčajne potrebné ho najprv zahriať nad jeho kritickú teplotu. Spiny elektrónov sa potom môžu preorientovať a po vychladnutí magnetické pole feromagnetika nakoniec smeruje iným smerom.
Tímu výskumníkov pod vedením Prof. Dr. Tomasza Smoleńského z Bazilejskej univerzity a Prof. Dr. Ataça Imamoğlu z ETH v Zürichu sa teraz podarilo dosiahnuť takúto re-orientáciu len pomocou svetla-bez akéhokoľvek zahrievania. Svoje výsledky zverejnili v rPríroda.
Interakcie a topológia
"Na našej práci je vzrušujúce, že spájame tri veľké témy modernej fyziky kondenzovaných látok v jedinom experimente: silné interakcie medzi elektrónmi, topológiu a dynamické riadenie," hovorí Imamoğlu.
Na dosiahnutie tohto cieľa vedci použili špeciálny materiál pozostávajúci z dvoch plátkových-tenkých vrstiev organického polovodičového ditelluridu molybdénu, ktoré sú voči sebe mierne skrútené.
V takýchto materiáloch sa môžu vytvárať takzvané-topologické stavy. Jednoducho povedané, topologické stavy možno charakterizovať na základe toho, ako vyzerajú: lopta (bez diery) alebo šiška (jedna diera). Dôležité je, že loptičku nemožno zmeniť na šišku jednoduchou deformáciou, čo znamená, že topologické stavy sú jednoznačne a trvalo definované.
V nových experimentoch{0}}pod dohľadom Smoleńského a Imamoğlua bolo možné elektróny vyladiť medzi takými topologickými stavmi, ktoré sú izolačné, a kovovými stavmi, ktoré sú vodivé. Je pozoruhodné, že interakcie spôsobujú, že rotácie elektrónov v oboch stavoch sú navzájom paralelné, čím sa materiál mení na feromagnet.
"Naším hlavným výsledkom je, že môžeme použiť laserový impulz na zmenu kolektívnej orientácie rotácií," hovorí Olivier Huber, Ph.D. študent na ETH, ktorý experimenty uskutočnil spolu s kolegom Kilianom Kuhlbrodtom a Tomaszom Smoleńskim. Pred niekoľkými rokmi sa to už robilo pre jednotlivé elektróny, ale teraz sa podarilo „prepnúť“ alebo zmeniť polaritu celého feromagnetu.
"Toto prepínanie bolo trvalé a navyše topológia ovplyvňuje dynamiku prepínania," hovorí Smoleński.
Objavte najnovšie poznatky z oblasti vedy, techniky a vesmíru100 000 predplatiteľovktorí sa spoliehajú na Phys.org pri každodenných prehľadoch. Prihláste sa na odber nášho bezplatného bulletinu a získajte aktualizácie o objavoch, inováciách a výskumoch, na ktorých záleží-denne alebo týždenne.
Prihlásiť sa na odber
Dynamické ovládanie feromagnetika
Týmto spôsobom možno laserový impulz použiť aj na kreslenie nových hraničných čiar, vo vnútri ktorých sa nachádza topologický feromagnetický stav. Toto je možné vykonať opakovane, takže je možné dynamické riadenie topologických a feromagnetických vlastností.
Aby vedci ukázali, že malý feromagnet, ktorý má veľkosť len niekoľko mikrometrov, skutočne zmenil svoju polaritu, zmerali odraz druhého, oveľa slabšieho laserového lúča. Tento odraz odhalil orientáciu spinov elektrónov.
„V budúcnosti budeme môcť pomocou našej metódy opticky zapisovať ľubovoľné a prispôsobiteľné topologické obvody na čip,“ hovorí Smoleński. Tento prístup by sa potom mohol použiť na vytvorenie malých interferometrov, pomocou ktorých možno merať extrémne malé elektromagnetické polia.
