محققان دانشگاه بازل و ETH در زوریخ موفق به تغییر قطبیت یک فرومغناطیس ویژه با استفاده از پرتو لیزر شدند. در آینده می توان از این روش برای ایجاد مدارهای الکترونیکی سازگار با نور استفاده کرد.
در فرومغناطیس، نیروهای ترکیبی در کار هستند. برای اینکه یک سوزن قطب نما به سمت شمال حرکت کند یا یک آهنربای یخچال به درب یخچال بچسبد، الکترون های بی شماری درون آنها می چرخند که هر کدام فقط یک میدان مغناطیسی کوچک ایجاد می کنند، همه باید در یک جهت قرار گیرند. این از طریق فعل و انفعالات بین اسپین ها اتفاق می افتد، که باید قوی تر از حرکت حرارتی نامنظم درون فرومغناطیس باشد. اگر دمای ماده کمتر از یک مقدار بحرانی باشد، تبدیل به فرومغناطیسی می شود.
برعکس، برای تغییر قطبیت فرومغناطیس، معمولاً باید ابتدا آن را بالاتر از دمای بحرانی آن گرم کرد. سپس اسپین های الکترون می توانند جهت خود را تغییر دهند و پس از سرد شدن، میدان مغناطیسی فرومغناطیس در نهایت در جهت دیگری قرار می گیرد.
تیمی از محققان به سرپرستی پروفسور دکتر توماس اسمولنسکی در دانشگاه بازل و پروفسور دکتر آتاچ امام اوغلو در ETH در زوریخ اکنون موفق شدهاند چنین جهتگیری را تنها با استفاده از نور{5}}بدون هیچ گونه گرمایشی ایجاد کنند. آنها نتایج خود را درطبیعت.
تعاملات و توپولوژی
امام اوغلو میگوید: «آنچه در کار ما هیجانانگیز است این است که ما سه موضوع بزرگ در فیزیک ماده متراکم مدرن را در یک آزمایش واحد ترکیب میکنیم: برهمکنشهای قوی بین الکترونها، توپولوژی و کنترل دینامیکی».
برای دستیابی به این هدف، محققان از ماده خاصی متشکل از دو لایه نازک ویفر{0}}از نیمه هادی مولیبدن دیتلورید آلی استفاده کردند که کمی نسبت به یکدیگر پیچ خورده اند.
در چنین موادی، حالتهای توپولوژیکی نامیده میشوند. به زبان ساده، حالت های توپولوژیکی را می توان بر اساس ظاهر آنها مشخص کرد: یک توپ (بدون سوراخ) یا یک دونات (یک سوراخ). نکته مهم این است که یک توپ را نمی توان با یک تغییر شکل ساده به یک دونات تبدیل کرد، به این معنی که حالت های توپولوژیکی به طور واضح و دائمی تعریف می شوند.
در آزمایشهای جدید با نظارت اسمولنسکی و امام اوغلو، الکترونها را میتوان بین حالتهای توپولوژیکی که عایق هستند و حالتهای فلزی رسانا تنظیم کرد. به طور قابل توجهی، برهمکنش ها باعث می شود که اسپین های الکترون در هر دو حالت به موازات یکدیگر قرار گیرند و ماده را به یک فرومغناطیس تبدیل کنند.
اولیویه هوبر، دکترای تخصصی، میگوید: «نتیجه اصلی ما این است که میتوانیم از یک پالس لیزر برای تغییر جهت جمعی اسپینها استفاده کنیم. دانشجوی ETH، که آزمایش ها را به همراه همکارش کیلیان کولبرود و توماس اسمولنسکی انجام دادند. چند سال پیش، این کار قبلاً برای تک تک الکترون ها انجام شده بود، اما اکنون "تغییر" یا تغییر قطبیت کل فرومغناطیس به دست آمده است.
Smoleński می گوید: «این سوئیچینگ دائمی بود و علاوه بر این، توپولوژی بر دینامیک سوئیچینگ تأثیر می گذارد.
جدیدترینهای علم، فناوری و فضا را با بیشتر کشف کنید100000 مشترککه برای بینش روزانه به Phys.org متکی هستند. برای خبرنامه رایگان ما ثبت نام کنید و از پیشرفت ها، نوآوری ها و تحقیقات مهم مطلع شوید-روزانه یا هفتگی.
مشترک شوید
کنترل دینامیکی فرومغناطیس
به این ترتیب می توان از پالس لیزر برای ترسیم خطوط مرزی جدید نیز استفاده کرد که در داخل آنها حالت فرومغناطیسی توپولوژیکی قرار دارد. این را می توان به طور مکرر انجام داد، به طوری که کنترل دینامیکی خواص توپولوژیکی و فرومغناطیسی امکان پذیر است.
محققان برای نشان دادن اینکه فرومغناطیس کوچک، که اندازه آن تنها چند میکرومتر است، در واقع قطبیت خود را تغییر داده است، انعکاس یک پرتو لیزر دوم و بسیار ضعیفتر را اندازهگیری کردند. این بازتاب جهت اسپین های الکترون را نشان داد.
Smoleński می گوید: «در آینده، ما قادر خواهیم بود از روش خود برای نوشتن مدارهای توپولوژیکی دلخواه و قابل انطباق نوری روی یک تراشه استفاده کنیم. سپس میتوان از این روش برای ایجاد تداخلسنجهای کوچک استفاده کرد که با آنها میتوان میدانهای الکترومغناطیسی بسیار کوچک را اندازهگیری کرد.
