Vědcům z Basilejské univerzity a ETH v Curychu se podařilo změnit polaritu speciálního feromagnetu pomocí laserového paprsku. V budoucnu by tato metoda mohla sloužit k vytváření adaptabilních elektronických obvodů se světlem.
Ve feromagnetiku působí kombinované síly. Aby střelka kompasu ukazovala na sever nebo aby se magnet ledničky přilepil na dveře lednice, rotuje v nich nespočet elektronů, z nichž každý vytváří jen nepatrné magnetické pole, všechny se musí seřadit stejným směrem. To se děje prostřednictvím interakcí mezi rotacemi, které musí být silnější než neuspořádaný tepelný pohyb uvnitř feromagnetu. Pokud je teplota materiálu pod kritickou hodnotou, stává se feromagnetickým.
Naopak, ke změně polarity feromagnetika je obvykle potřeba jej nejprve zahřát nad jeho kritickou teplotu. Spiny elektronů se pak mohou přeorientovat a po ochlazení nakonec magnetické pole feromagnetika míří jiným směrem.
Týmu výzkumníků vedených prof. Dr. Tomaszem Smoleńskim z Basilejské univerzity a prof. Dr. Ataçem Imamoğluem z ETH v Curychu se nyní podařilo dosáhnout takovéto re-orientace pouze pomocí světla- bez jakéhokoli zahřívání. Své výsledky zveřejnili vPříroda.
Interakce a topologie
"Na naší práci je vzrušující to, že kombinujeme tři velká témata moderní fyziky kondenzovaných látek v jediném experimentu: silné interakce mezi elektrony, topologii a dynamické řízení," říká Imamoğlu.
K dosažení tohoto cíle vědci použili speciální materiál sestávající ze dvou tenkých plátků-vrstvy organického polovodičového ditelluridu molybdenu, které jsou vůči sobě mírně zkroucené.
V takových materiálech se mohou tvořit -takzvané topologické stavy. Jednoduše řečeno, topologické stavy lze charakterizovat na základě toho, jak vypadají: koule (bez díry) nebo kobliha (jedna díra). Důležité je, že kouli nelze proměnit v koblihu jednoduchou deformací, což znamená, že topologické stavy jsou jednoznačně a trvale definovány.
V nových experimentech, na které{0}}dohlíželi společně Smoleński a Imamoğlu, bylo možné elektrony vyladit mezi topologickými stavy, které jsou izolační, a kovovými stavy, které jsou vodivé. Je pozoruhodné, že interakce způsobují, že rotace elektronů v obou stavech jsou vzájemně rovnoběžné, čímž se materiál mění ve feromagnet.
"Naším hlavním výsledkem je, že můžeme použít laserový puls ke změně kolektivní orientace rotací," říká Olivier Huber, Ph.D. student ETH, který experimenty prováděl společně se svým kolegou Kilianem Kuhlbrodtem a Tomaszem Smoleńským. Před několika lety se to již dělalo pro jednotlivé elektrony, ale nyní bylo dosaženo „přepnutí“ neboli změna polarity celého feromagnetu.
"Toto přepínání bylo trvalé a navíc topologie ovlivňuje dynamiku přepínání," říká Smoleński.
Objevte to nejnovější ve vědě, technice a vesmíru s více než více100 000 odběratelůkteří se spoléhají na Phys.org pro každodenní postřehy. Přihlaste se k odběru našeho bezplatného zpravodaje a získejte aktualizace o průlomech, inovacích a výzkumu, na kterých záleží-denně nebo týdně.
Upsat
Dynamické ovládání feromagnetika
Tímto způsobem lze laserový puls využít i ke kreslení nových hraničních čar, uvnitř kterých se nachází topologický feromagnetický stav. To lze provádět opakovaně, takže je možné dynamické řízení topologických a feromagnetických vlastností.
Aby vědci ukázali, že malý feromagnet, který je velký jen několik mikrometrů, skutečně změnil svou polaritu, změřili odraz druhého, mnohem slabšího laserového paprsku. Tento odraz odhalil orientaci spinů elektronů.
„V budoucnu budeme moci naši metodu využít k optickému zápisu libovolných a adaptabilních topologických obvodů na čip,“ říká Smoleński. Tento přístup by pak mohl být použit k vytvoření malých interferometrů, pomocí kterých lze měřit extrémně malá elektromagnetická pole.
