Istraživači sa Univerziteta u Bazelu i ETH u Cirihu uspjeli su promijeniti polaritet specijalnog feromagneta pomoću laserskog snopa. U budućnosti bi se ova metoda mogla koristiti za stvaranje prilagodljivih elektronskih kola sa svjetlom.
U feromagnetu djeluju kombinovane sile. Da bi igla kompasa usmjerila na sjever ili da bi se magnet za frižider zalijepio za vrata frižidera, bezbroj elektrona se vrti unutar njih, od kojih svaki stvara samo sićušno magnetsko polje, a svi se moraju poredati u istom smjeru. To se događa kroz interakcije između spinova, koji moraju biti jači od nesređenog toplinskog kretanja unutar feromagneta. Ako je temperatura materijala ispod kritične vrijednosti, on postaje feromagnetičan.
Suprotno tome, da bi se promijenio polaritet feromagneta, obično ga je potrebno prvo zagrijati iznad njegove kritične temperature. Spinovi elektrona se tada mogu preorijentisati, a nakon hlađenja, magnetsko polje feromagneta na kraju pokazuje u drugom smjeru.
Tim istraživača predvođen prof. dr. Tomaszom Smoleńskim sa Univerziteta u Bazelu i prof. dr. Ataçom Imamğluom sa ETH u Cirihu je sada uspio postići takvu pre-orijentaciju koristeći samo svjetlo-bez grijanja. Objavili su svoje rezultate uPriroda.
Interakcije i topologija
"Ono što je uzbudljivo u našem radu je to što kombinujemo tri velike teme iz moderne fizike kondenzirane materije u jednom eksperimentu: snažne interakcije između elektrona, topologije i dinamičke kontrole", kaže Imamoglu.
Da bi to postigli, istraživači su koristili poseban materijal koji se sastoji od dva tanka sloja pločice-od organskog poluvodiča molibden ditelurida, koji su blago uvrnuti jedan u odnosu na drugi.
U takvim materijalima se mogu formirati-takozvana topološka stanja. Jednostavno govoreći, topološka stanja se mogu okarakterisati na osnovu toga kako izgledaju: lopta (bez rupe) ili krofna (jedna rupa). Važno je da se lopta ne može jednostavnom deformacijom pretvoriti u krofnu, što znači da su topološka stanja nedvosmisleno i trajno definirana.
U novim eksperimentima koje su{0}}su nadgledali Smoleński i Imamoglu, elektroni su mogli biti podešeni između takvih topoloških stanja koja su izolacijska i metalnih stanja koja provode. Zanimljivo 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 koristiti laserski puls da promijenimo kolektivnu orijentaciju okretaja", kaže Olivier Huber, dr. student na ETH, koji je eksperimente izveo zajedno sa svojim kolegom Kilianom Kuhlbrodtom i Tomaszom Smoleńskim. Prije nekoliko godina to je već učinjeno za pojedinačne elektrone, ali sada je postignuto "prebacivanje" ili promjena polariteta cijelog feromagneta.
„Ovo prebacivanje je bilo trajno i, štaviše, topologija utiče na dinamiku prebacivanja“, kaže Smoleński.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i svemiru uz više100.000 pretplatnikakoji se oslanjaju na Phys.org za dnevne uvide. Prijavite se za naš besplatni bilten i primajte ažuriranja o otkrićima, inovacijama i istraživanjima koja su važna-dnevno ili sedmično.
Pretplatite se
Dinamičko upravljanje feromagnetom
Na ovaj način laserski impuls se može koristiti i za crtanje novih graničnih linija unutar kojih se nalazi topološko feromagnetno stanje. Ovo se može raditi više puta, tako da je moguća dinamička kontrola topoloških i feromagnetskih svojstava.
Kako bi pokazali da je sićušni feromagnet, veličine samo nekoliko mikrometara, zapravo promijenio polaritet, istraživači su izmjerili refleksiju drugog, mnogo slabijeg laserskog snopa. Ova refleksija je otkrila orijentaciju spinova elektrona.
„U budućnosti ćemo moći da koristimo našu metodu za optičko pisanje proizvoljnih i prilagodljivih topoloških kola na čipu“, kaže Smoleński. Ovaj pristup bi se zatim mogao koristiti za stvaranje sićušnih interferometara, pomoću kojih se mogu mjeriti izuzetno mala elektromagnetna polja.
