Istraživači sa Sveučilišta u Baselu i ETH u Zürichu uspjeli su pomoću laserske zrake promijeniti polaritet posebnog feromagneta. U budućnosti bi se ova metoda mogla koristiti za stvaranje prilagodljivih elektroničkih sklopova sa svjetlom.
U feromagnetu djeluju kombinirane sile. Da bi igla kompasa pokazala sjever ili da bi se magnet hladnjaka zalijepio za vrata hladnjaka, unutar njih se vrti bezbroj elektrona, od kojih svaki stvara samo sićušno magnetsko polje, a svi se moraju poredati u istom smjeru. To se događa kroz interakcije između spinova, koje moraju biti jače od neuređenog toplinskog gibanja unutar feromagneta. Ako je temperatura materijala ispod kritične vrijednosti, on postaje feromagnetičan.
Obrnuto, da bi se promijenio polaritet feromagneta, obično ga je potrebno prvo zagrijati iznad kritične temperature. Elektronski spinovi se tada mogu preusmjeriti, a nakon hlađenja, magnetsko polje feromagneta na kraju pokazuje u drugom smjeru.
Tim istraživača predvođen prof. dr. Tomaszom Smoleńskim sa Sveučilišta u Baselu i prof. dr. Ataçom Imamğluom s ETH u Zürichu sada je uspio postići takvu pre-orijentaciju koristeći samo svjetlo-bez ikakvog grijanja. Svoje rezultate objavili su uPriroda.
Interakcije i topologija
"Ono što je uzbudljivo u našem radu je to što kombiniramo tri velike teme u modernoj fizici kondenzirane tvari u jednom eksperimentu: jake interakcije između elektrona, topologiju i dinamičku kontrolu", kaže Imamğlu.
Kako bi to postigli, istraživači su upotrijebili poseban materijal koji se sastoji od dva tanka sloja-pločastog organskog poluvodiča molibden ditelurida, koji su lagano uvrnuti jedan u odnosu na drugi.
U takvim materijalima mogu nastati takozvana-topološka stanja. Jednostavno rečeno, topološka stanja mogu se karakterizirati na temelju toga kako izgledaju: lopta (bez rupe) ili krafna (jedna rupa). Važno je da se lopta ne može jednostavnom deformacijom pretvoriti u krafnu, što znači da su topološka stanja nedvosmisleno i trajno definirana.
U novim eksperimentima koje su-nadzirali Smoleński i Imamğlu, elektroni bi mogli biti podešeni između takvih topoloških stanja koja su izolacijska i metalnih stanja koja su vodljiva. Nevjerojatno je da interakcije uzrokuju da se spinovi elektrona u oba stanja poravnaju paralelno jedno s drugim, pretvarajući materijal u feromagnet.
"Naš glavni rezultat je da možemo upotrijebiti laserski puls za promjenu kolektivne orijentacije spinova", kaže Olivier Huber, dr.sc. student ETH-a, koji je proveo eksperimente zajedno sa svojim kolegom Kilianom Kuhlbrodtom i Tomaszom Smoleńskim. Prije nekoliko godina to je već učinjeno za pojedinačne elektrone, ali sada je postignuto "prebacivanje" odnosno promjena polariteta cijelog feromagneta.
"Ovo prebacivanje bilo je trajno i, štoviše, topologija utječe na dinamiku prebacivanja", kaže Smoleński.
Otkrijte najnovije u znanosti, tehnologiji i svemiru s više100 000 pretplatnikakoji se oslanjaju na Phys.org za dnevne uvide. Prijavite se za naš besplatni bilten i primajte novosti o važnim otkrićima, inovacijama i istraživanjima-dnevno ili tjedno.
Pretplatite se
Dinamičko upravljanje feromagnetom
Na taj se način laserski puls također može koristiti za crtanje novih graničnih linija unutar kojih se nalazi topološko feromagnetsko stanje. To se može ponavljati, tako da je moguća dinamička kontrola topoloških i feromagnetskih svojstava.
Kako bi pokazali da je maleni feromagnet, koji je velik samo nekoliko mikrometara, zapravo promijenio svoj polaritet, istraživači su izmjerili refleksiju druge, mnogo slabije laserske zrake. Ova refleksija otkrila je orijentaciju spinova elektrona.
"U budućnosti ćemo moći koristiti našu metodu za optičko pisanje proizvoljnih i prilagodljivih topoloških sklopova na čipu", kaže Smoleński. Ovaj bi se pristup zatim mogao koristiti za stvaranje sićušnih interferometra, s kojima se mogu mjeriti iznimno mala elektromagnetska polja.
