Valo valtaa alaa magnetismissa

Tukholman yliopiston, Nordic Institute for Theoretical Physicsin ja Venetsian Ca' Foscari -yliopiston tutkijat ovat onnistuneet osoittamaan ensimmäistä kertaa, kuinka laservalo voi indusoida kvanttikäyttäytymistä huoneenlämpötilassa eli saada ei-magneettisen materiaalin magnetisoiduksi.

Läpimurron odotetaan avaavan tietä nopeammille ja energiatehokkaammille tietokoneille, tiedonsiirrolle ja datan tallentamiselle.

Kun ympyräpolarisoitua laservaloa ajetaan materiaaliin, se siirtää ympyräpolarisaationsa siinä oleville atomeille saattamalla ne pyörimään ja synnyttämään atomisia virtoja. Jos valon taajuus vastaa atomien värähtelytaajuutta, vaikutus tehostuu ja syntyy suhteellisen suuri magnetismi.

Tutkimustyössään tutkijat altistivat kvanttimateriaali strontiumtitanaatin lyhyille mutta voimakkaille lasersäteille, joilla oli sopiva aallonpituus ja polarisaatio, indusoimaan magnetismia.

Tämä on ensimmäinen kerta, kun olemme voineet indusoida ja nähdä selvästi, kuinka materiaali muuttuu magneettiseksi huonelämpötilaisessa kokeessa. Pitkällä aikavälillä tämä avaa täysin uusia sovelluksia yhteiskunnassa”, sanoo tutkimusjohtaja Stefano Bonetti.

IMDEA Nanociencian Allan Johnsonin johtamat tutkijat osoittavat nyt puolestaan, että kaksoisvalopulssit minimoivat faasimuutokseen tarvittavaa energiaa.

Valon aiheuttamalla materiaalin faasimuutoksella on suuri merkitys tekniikan kannalta, kuten esimerkiksi datan tallennus CD- tai Blu-ray-levyille.

Viime vuosina ajatus usean laserpulssin käyttämisestä faasisiirtymien ohjaamiseen on herättänyt huomiota siitä lähtien, kun havaittiin, että valo voi ohjata siirtymiä koherentisti.

Koherentit faasimuutokset ovat mielenkiintoisia, koska ne muuttavat materiaalia sujuvasti kahden faasin välillä. Koherentti ohjaus vaatii kuitenkin tällaisen sulavan yhteyden kahden faasin kiderakenteiden välillä ja sulkee siten pois monia teknologisesti merkityksellisiä siirtymiä, kuten kiteisestä amorfiseen siirtymät kalkogenidilaseissa datan tallentamista ajatellen.

Tohtori Allan Johnsonin johtama tutkijaryhmä on osoittanut vaihtoehtoisen, epäkoherentin reitin materiaalin hallintaan, joka parantaa faasisiirtymän energiatehokkuutta esimerkiksi vanadiinioksidissa (VO2). He havaitsivat, että metallisen ja eristävän vaiheen välinen faasisiirtymä, kun se laukaistaan kahdella pulssilla yhden pulssin sijaan, voi vaatia vähemmän energiaa.

Toisin kuin rajoitettu materiaalivalikoima, joka osoittaa rakenteellista koherenssia, korreloitu häiriö voidaan periaatteessa aiheuttaa missä tahansa kiinteässä aineessa. Näin ollen tätä epähomogeenista strategiaa voidaan soveltaa monenlaisiin kiinteisiin aineisiin, mukaan lukien ne, joita käytetään energia- ja tiedontallennussovelluksissa.

Aiheista aiemmin:

Magneettinen kvanttimateriaali ja meminduktori

Kvanttikomposiitteja sähköisille ja optisille innovaatioille