Изследователи от университета в Базел и ETH в Цюрих успяха да променят полярността на специален феромагнит с помощта на лазерен лъч. В бъдеще този метод може да се използва за създаване на адаптивни електронни схеми със светлина.
Във феромагнетика действат комбинирани сили. За да може стрелка на компас да сочи на север или магнит на хладилник да се залепи за вратата на хладилника, безброй електрони се въртят вътре в тях, всеки от които създава само малко магнитно поле, като всички трябва да се подредят в една и съща посока. Това се случва чрез взаимодействия между завъртанията, които трябва да бъдат по-силни от неподреденото топлинно движение във феромагнетика. Ако температурата на материала е под критична стойност, той става феромагнитен.
Обратно, за да се промени полярността на феромагнетик, обикновено трябва първо да се нагрее над неговата критична температура. След това завъртанията на електроните могат да се преориентират и след охлаждане магнитното поле на феромагнетика в крайна сметка сочи в различна посока.
Екип от изследователи, ръководен от проф. д-р Томаш Смоленски от университета в Базел и проф. д-р Ataç Imağlu от ETH в Цюрих, сега успя да постигне такова пре-ориентиране, използвайки само светлина-без никакво отопление. Те публикуваха резултатите си вПриродата.
Взаимодействия и топология
„Това, което е вълнуващо в нашата работа, е, че комбинираме трите големи теми в съвременната физика на кондензираната материя в един експеримент: силни взаимодействия между електроните, топология и динамичен контрол“, казва Имамоглу.
За да постигнат това, изследователите са използвали специален материал, състоящ се от два тънки-слоя от органичния полупроводник молибденов дителлурид, които са леко усукани един спрямо друг.
В такива материали могат да се образуват така-наречените топологични състояния. Най-просто казано, топологичните състояния могат да бъдат характеризирани въз основа на това как изглеждат: топка (без дупка) или поничка (една дупка). Важно е, че топката не може да бъде превърната в поничка чрез проста деформация, което означава, че топологичните състояния са недвусмислено и трайно дефинирани.
В новите експерименти, -наблюдавани съвместно от Смоленски и Имамоглу, електроните могат да бъдат настроени между такива топологични състояния, които са изолиращи, и метални състояния, които са проводящи. Забележително е, че взаимодействията карат завъртанията на електроните и в двете състояния да се подредят успоредно едно на друго, превръщайки материала във феромагнетик.
„Нашият основен резултат е, че можем да използваме лазерен импулс, за да променим колективната ориентация на завъртанията“, казва Оливие Хубер, доктор по философия. студент в ETH, който проведе експериментите заедно с колегата си Kilian Kuhlbrodt и Tomasz Smoleński. Преди няколко години това вече беше направено за единични електрони, но сега е постигнато "превключването" или промяната на полярността на целия феромагнетик.
„Това превключване беше постоянно и освен това топологията влияе върху динамиката на превключването“, казва Смоленски.
Открийте най-новото в науката, технологиите и космоса с over100 000 абонатикоито разчитат на Phys.org за ежедневни прозрения. Регистрирайте се за нашия безплатен бюлетин и получавайте актуална информация за важни открития, иновации и изследвания-ежедневно или седмично.
Абонирайте се
Динамично управление на феромагнетика
По този начин лазерният импулс може да се използва и за изчертаване на нови гранични линии, вътре в които се намира топологичното феромагнитно състояние. Това може да се прави многократно, така че е възможен динамичен контрол на топологичните и феромагнитните свойства.
За да покажат, че малкият феромагнит, който е с размер само няколко микрометра, всъщност е променил полярността си, изследователите измерват отражението на втори, много по-слаб лазерен лъч. Това отражение разкрива ориентацията на електронните завъртания.
„В бъдеще ще можем да използваме нашия метод за оптично записване на произволни и адаптивни топологични схеми на чип“, казва Смоленски. След това този подход може да се използва за създаване на малки интерферометри, с които могат да се измерват изключително малки електромагнитни полета.
