Penyelidik di Universiti Basel dan ETH di Zurich telah berjaya mengubah polariti feromagnet khas menggunakan pancaran laser. Pada masa hadapan, kaedah ini boleh digunakan untuk mencipta litar elektronik yang boleh disesuaikan dengan cahaya.
Dalam ferromagnet, daya gabungan sedang bekerja. Agar jarum kompas menghala ke utara atau magnet peti sejuk melekat pada pintu peti sejuk, elektron yang tidak terkira banyaknya berputar di dalamnya, setiap satunya hanya menghasilkan medan magnet yang kecil, semuanya perlu berbaris ke arah yang sama. Ini berlaku melalui interaksi antara putaran, yang mesti lebih kuat daripada gerakan terma yang tidak teratur di dalam feromagnet. Jika suhu bahan berada di bawah nilai kritikal, ia menjadi feromagnetik.
Sebaliknya, untuk menukar kekutuban ferromagnet, seseorang biasanya perlu terlebih dahulu memanaskannya di atas suhu kritikalnya. Putaran elektron kemudiannya boleh mengorientasikan semula diri mereka, dan selepas menyejukkan, medan magnet feromagnet akhirnya menghala ke arah yang berbeza.
Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Prof. Dr. Tomasz Smoleński di Universiti Basel dan Prof. Dr. Ataç Imamoğlu di ETH di Zurich kini telah berjaya menghasilkan orientasi semula-yang hanya menggunakan cahaya-tanpa sebarang pemanasan. Mereka menerbitkan keputusan mereka dalamalam semula jadi.
Interaksi dan topologi
"Apa yang menarik tentang kerja kami ialah kami menggabungkan tiga topik besar dalam fizik jirim pekat moden dalam satu eksperimen: interaksi yang kuat antara elektron, topologi dan kawalan dinamik," kata Imamoğlu.
Untuk mencapai matlamat ini, penyelidik menggunakan bahan khas yang terdiri daripada dua wafer-lapisan nipis semikonduktor organik molibdenum ditellurida, yang dipintal sedikit antara satu sama lain.
Dalam bahan sebegitu, keadaan topologi -yang dipanggil boleh terbentuk. Secara ringkasnya, keadaan topologi boleh dicirikan berdasarkan rupa mereka: bola (tiada lubang) atau donat (satu lubang). Yang penting, bola tidak boleh diubah menjadi donat dengan ubah bentuk mudah, yang bermaksud keadaan topologi ditakrifkan secara jelas dan kekal.
Dalam percubaan baharu-yang diawasi oleh Smoleński dan Imamoğlu, elektron boleh ditala antara keadaan topologi sedemikian yang merupakan penebat dan keadaan logam yang mengalir. Hebatnya, interaksi menyebabkan putaran elektron dalam kedua-dua keadaan untuk menjajarkan selari antara satu sama lain, mengubah bahan menjadi feromagnet.
"Hasil utama kami ialah kami boleh menggunakan nadi laser untuk menukar orientasi kolektif putaran," kata Olivier Huber, Ph.D. pelajar di ETH, yang menjalankan eksperimen bersama rakan sekerjanya Kilian Kuhlbrodt dan Tomasz Smoleński. Beberapa tahun yang lalu, ini telah dilakukan untuk elektron tunggal, tetapi kini "penukaran" atau perubahan kekutuban seluruh feromagnet telah dicapai.
"Penukaran ini adalah kekal dan, lebih-lebih lagi, topologi mempengaruhi dinamik pensuisan," kata Smoleński.
Temui yang terkini dalam sains, teknologi dan ruang dengan lebih100,000 pelangganyang bergantung pada Phys.org untuk mendapatkan cerapan harian. Daftar untuk surat berita percuma kami dan dapatkan kemas kini tentang penemuan, inovasi dan penyelidikan yang penting-harian atau mingguan.
Langgan
Kawalan dinamik ferromagnet
Dengan cara ini, nadi laser juga boleh digunakan untuk melukis garisan sempadan baharu, di dalamnya terletak keadaan ferromagnetik topologi. Ini boleh dilakukan berulang kali, supaya kawalan dinamik sifat topologi dan feromagnetik adalah mungkin.
Untuk menunjukkan bahawa ferromagnet kecil, yang hanya bersaiz beberapa mikrometer, sebenarnya telah mengubah kekutubannya, para penyelidik mengukur pantulan pancaran laser kedua yang jauh lebih lemah. Pantulan ini mendedahkan orientasi putaran elektron.
"Pada masa hadapan, kami akan dapat menggunakan kaedah kami untuk menulis secara optik litar topologi sewenang-wenang dan boleh disesuaikan pada cip," kata Smoleński. Pendekatan ini kemudiannya boleh digunakan untuk mencipta interferometer kecil, yang dengannya medan elektromagnet yang sangat kecil boleh diukur.
