A Bázeli Egyetem és a zürichi ETH kutatóinak lézersugár segítségével sikerült megváltoztatniuk egy speciális ferromágnes polaritását. A jövőben ezzel a módszerrel adaptálható elektronikus áramkörök hozhatók létre fénnyel.
A ferromágnesben egyesített erők működnek. Ahhoz, hogy az iránytű tű észak felé mutasson, vagy a hűtőmágnes rátapadjon a hűtőszekrény ajtajára, számtalan elektron forog bennük, amelyek mindegyike csak egy apró mágneses mezőt hoz létre, és mindegyiknek ugyanabba az irányba kell felsorakoznia. Ez a spinek közötti kölcsönhatásokon keresztül történik, amelyeknek erősebbnek kell lenniük, mint a ferromágnesen belüli rendezetlen hőmozgás. Ha az anyag hőmérséklete egy kritikus érték alatt van, akkor ferromágnesessé válik.
Ezzel szemben a ferromágnes polaritásának megváltoztatásához általában először fel kell melegíteni a kritikus hőmérséklet fölé. Az elektronpörgetések ekkor át tudnak orientálódni, és lehűlés után a ferromágnes mágneses tere végül más irányba mutat.
A Bázeli Egyetem Prof. Dr. Tomasz Smoleński és Prof. Dr. Ataç Imamoğlu vezette kutatócsoportnak a zürichi ETH-n sikerült elérnie egy ilyen újra-tájolást, pusztán fény használatával-, fűtés nélkül. Eredményeiket ben publikáltákTermészet.
Interakciók és topológia
"Munkánkban az az izgalmas, hogy egyetlen kísérletben egyesítjük a modern kondenzáltanyag-fizika három nagy témáját: az elektronok közötti erős kölcsönhatásokat, a topológiát és a dinamikus vezérlést" - mondja Imamoğlu.
Ennek eléréséhez a kutatók egy speciális anyagot használtak, amely a szerves félvezető molibdén-dellurid két ostyavékony rétegéből állt, amelyek egymáshoz képest kissé megcsavarodtak.
Az ilyen anyagokban úgynevezett topológiai állapotok{0}}képződhetnek. Egyszerűen szólva, a topológiai állapotok jellemezhetők az alapján, hogy hogyan néznek ki: labda (nincs lyuk) vagy fánk (egy lyuk). Fontos, hogy egy labdát nem lehet egyszerű deformációval fánkká alakítani, ami azt jelenti, hogy a topológiai állapotok egyértelműen és tartósan meghatározottak.
A Smoleński és Imamoğlu által közösen felügyelt új kísérletekben az elektronokat a szigetelő topológiai állapotok és a vezető fémes állapotok között lehetett hangolni. Figyelemre méltó, hogy a kölcsönhatások hatására az elektron spinjei mindkét állapotban párhuzamosan illeszkednek egymáshoz, és az anyagot ferromágnessé változtatják.
"A fő eredményünk az, hogy lézerimpulzussal megváltoztathatjuk a spinek együttes orientációját" - mondja Olivier Huber, Ph.D. Az ETH hallgatója, aki kollégájával, Kilian Kuhlbrodttal és Tomasz Smoleńskival együtt végezte a kísérleteket. Néhány éve ez már megtörtént az egyes elektronoknál, de mostanra sikerült elérni a teljes ferromágnes "váltását" vagy polaritásának megváltoztatását.
"Ez a váltás állandó volt, ráadásul a topológia befolyásolja a kapcsolási dinamikát" - mondja Smoleński.
Fedezze fel a legújabb tudományos, technológiai és űrkutatási lehetőségeket100.000 feliratkozóakik a Phys.org-ra támaszkodnak napi betekintésekért. Iratkozzon fel ingyenes hírlevelünkre, és értesüljön a fontos áttörésekről, innovációkról és kutatásokról-naponta vagy hetente.
Iratkozz fel
A ferromágnes dinamikus vezérlése
Ily módon a lézerimpulzussal új határvonalakat is lehet húzni, amelyeken belül a topológiai ferromágneses állapot található. Ezt többször is meg lehet tenni, így lehetséges a topológiai és ferromágneses tulajdonságok dinamikus szabályozása.
Annak bizonyítására, hogy az apró, mindössze néhány mikrométer méretű ferromágnes valóban megváltoztatta a polaritását, a kutatók egy második, sokkal gyengébb lézersugár visszaverődését mérték meg. Ez a visszaverődés feltárta az elektron spinek orientációját.
"A jövőben a módszerünk segítségével tetszőleges és adaptálható topológiai áramköröket írhatunk optikailag egy chipre" - mondja Smoleński. Ezzel a megközelítéssel aztán apró interferométereket lehetne létrehozni, amelyekkel rendkívül kis elektromágneses terek mérhetők.
