Baselin yliopiston ja Zürichin ETH:n tutkijat ovat onnistuneet muuttamaan erityisen ferromagneetin napaisuutta lasersäteen avulla. Tulevaisuudessa tätä menetelmää voitaisiin käyttää mukautuvien elektronisten piirien luomiseen valolla.
Ferromagneetissa yhdistetyt voimat toimivat. Jotta kompassin neula osoittaisi pohjoiseen tai jääkaappimagneetti tarttuisi jääkaapin oveen, niiden sisällä pyörii lukemattomia elektroneja, joista jokainen luo vain pienen magneettikentän. Kaikkien on asetettava samaan suuntaan. Tämä tapahtuu spinien välisten vuorovaikutusten kautta, joiden on oltava vahvempia kuin ferromagneetin sisällä oleva epäjärjestynyt lämpöliike. Jos materiaalin lämpötila on kriittisen arvon alapuolella, se muuttuu ferromagneettiseksi.
Toisaalta ferromagneetin napaisuuden muuttamiseksi se on yleensä ensin lämmitettävä kriittisen lämpötilansa yläpuolelle. Elektronien spinit voivat sitten suunnata itsensä uudelleen, ja jäähtymisen jälkeen ferromagneetin magneettikenttä osoittaa lopulta eri suuntaan.
Professori tohtori Tomasz Smoleńskin johtama tutkijaryhmä Baselin yliopistosta ja professori tohtori Ataç Imamoğlu Zürichin ETH:sta on nyt onnistunut saamaan aikaan tällaisen uudelleen-suunnittelun käyttämällä vain valoa{5}}ilman lämmitystä. He julkaisivat tuloksensa vuonnaLuonto.
Vuorovaikutukset ja topologia
"Työssämme on jännittävää, että yhdistämme kolme suurta aihetta modernissa kondensoidun aineen fysiikan yhdeksi kokeeksi: vahvat vuorovaikutukset elektronien välillä, topologia ja dynaaminen ohjaus", Imamoğlu sanoo.
Tämän saavuttamiseksi tutkijat käyttivät erikoismateriaalia, joka koostui kahdesta ohuesta orgaanisen puolijohteen molybdeenidelluridin kerroksesta, jotka ovat hieman kiertyneet toisiinsa nähden.
Tällaisissa materiaaleissa voi muodostua niin{0}}topologisia tiloja. Yksinkertaisesti sanottuna topologiset tilat voidaan luonnehtia sen perusteella, miltä ne näyttävät: pallo (ei reikää) tai donitsi (yksi reikä). Tärkeää on, että palloa ei voida muuttaa donitsiksi yksinkertaisella muodonmuutoksella, mikä tarkoittaa, että topologiset tilat ovat yksiselitteisesti ja pysyvästi määriteltyjä.
Uusissa Smoleńskin ja Imamoğlun ohjaamissa kokeissa Huomattavaa on, että vuorovaikutukset saavat elektronien spinit molemmissa oloissa linjaamaan yhdensuuntaisia toistensa kanssa, jolloin materiaali muuttuu ferromagneetiksi.
"Tärkein tuloksemme on, että voimme käyttää laserpulssia muuttaaksemme spinien kollektiivista suuntausta", sanoo tohtori Olivier Huber. ETH:n opiskelija, joka suoritti kokeet yhdessä kollegansa Kilian Kuhlbrodtin ja Tomasz Smoleńskin kanssa. Muutama vuosi sitten tämä oli jo tehty yksittäisille elektroneille, mutta nyt on saavutettu koko ferromagneetin "kytkentä" eli napaisuuden muutos.
"Tämä vaihto oli pysyvä, ja lisäksi topologia vaikuttaa kytkentädynamiikkaan", Smoleński sanoo.
Tutustu tieteen, tekniikan ja avaruuden uusimpiin uutuuksiin100 000 tilaajaajotka luottavat Phys.orgin päivittäisiin oivalluksiin. Tilaa ilmainen uutiskirjeemme ja saat päivityksiä tärkeistä läpimurroista, innovaatioista ja tutkimuksesta-päivittäin tai viikoittain.
Tilaa
Ferromagneetin dynaaminen ohjaus
Tällä tavoin laserpulssilla voidaan piirtää myös uusia rajaviivoja, joiden sisällä topologinen ferromagneettinen tila sijaitsee. Tämä voidaan tehdä toistuvasti, jotta topologisten ja ferromagneettisten ominaisuuksien dynaaminen ohjaus on mahdollista.
Osoittaakseen, että pieni ferromagneetti, joka on vain muutaman mikrometrin kokoinen, oli todella muuttanut napaisuuttaan, tutkijat mittasivat toisen, paljon heikomman lasersäteen heijastuksen. Tämä heijastus paljasti elektronien spinien suunnan.
"Tulevaisuudessa voimme käyttää menetelmäämme mielivaltaisten ja mukautettavien topologisten piirien optiseen kirjoittamiseen sirulle", Smoleński sanoo. Tätä lähestymistapaa voitaisiin sitten käyttää pienten interferometrien luomiseen, joilla voidaan mitata erittäin pieniä sähkömagneettisia kenttiä.
