Magnonien viritystä suoraan valolla

Ratkaisuna tulevaisuuden dataähkyn ongelmaan tutkijat ovat jo jonkin aikaa ehdottaneet elektronien spinaaltojen käyttöä informaationkantajina. Tällaisia kollektiivisia spinvirityksiä kutsutaan magnoneiksi ja ne käyttäytyvät kuin aalto. Lasereiden avulla niihin voidaan vaikuttaa ja siten "ohjata". Tämä voisi tulevaisuudessa mahdollistaa tiedonsiirron ja tallennuksen terahertsialueella.

Yksi rajoitus on kuitenkin esimerkiksi se, että tähän mennessä on pystytty virittämään magnoneja vain niiden alimpien taajuuksien tilassa valon avulla. Tämän seurauksena prosessi ei yllä potentiaaliinsa.

Magnonien teknologisen hyödyntämisen kannalta ratkaiseva edellytys olisi kyky vaikuttaa niiden taajuuteen, amplitudiin ja elinikään.

Davide Bossinin johtama Konstanzin tutkimusryhmä on nyt löytänyt lupaavan tavan tehdä juuri tämä. Yllättäen säätö saavutetaan magnonparien suoralla optisella virityksellä, jotka ovat materiaalin korkeimman taajuuden magneettisia resonansseja.

”Tulos oli meille valtava yllätys. Mikään teoria ei ole koskaan ennustanut sitä”, sanoo Davide Bossini. Prosessi ei ainoastaan toimi – sillä on myös upeita vaikutuksia.

Ohjaamalla korkeataajuisia magnonipareja laserpulssien avulla fyysikot onnistuivat muuttamaan muiden magnonien taajuuksia ja amplitudeja – ja siten materiaalin magneettisia ominaisuuksia – ei-termisellä tavalla.

”Jokaisella kiinteällä aineella on omat taajuusjoukkonsa: elektroniset siirtymät, hilavärähtelyt, magneettiset herätteet. Jokainen materiaali resonoi omalla tavallaan”, selittää Bossini. Juuri tähän taajuusjoukkoon voidaan vaikuttaa uudella prosessilla. ”

”Vaikutukset eivät johdu laserherätteestä. Syynä on valo, ei lämpötila”, vahvistaa Bossini: ”Voimme muuttaa materiaalin taajuuksia ja ominaisuuksia ei-lämpöteknisesti.” Edut ovat ilmeiset: Menetelmää voitaisiin käyttää tulevaisuuden informaationtallennukseen ja nopeaan datansiirtoon terahertsinopeuksilla ilman, että lämmön kerääntyminen hidastaisi järjestelmiä.

Prosessin pohjaksi ei tarvita upeita huipputeknologisia materiaaleja tai harvinaisia maametalleja, vaan pikemminkin luonnosta löytyvän rautamalmihematiitin kiteitä. "Hematiitti on laajalle levinnyttä. Vuosisatoja sitten sitä käytettiin jo merenkulun kompasseissa", Bossini selittää.

On täysin mahdollista, että antiferromagneettista hematiittia, jolla on heikko ferromagneettinen tasapainotila huoneenlämmössä, käytetään tulevaisuudessa myös kvanttitutkimuksissa.

Konstanzin ryhmän tulokset viittaavat siihen, että uuden menetelmän avulla tutkijat pystyvät tuottamaan valon indusoimia Bose-Einstein-kondensaatteja korkeaenergisistä magnoneista huoneenlämmössä. Tämä tasoittaisi tietä kvanttivaikutusten tutkimiselle ilman laajaa jäähdytystä. Kuulostaa taianomaiselta, mutta se on vain teknologiaa ja huippututkimusta toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta

Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle

Fotonit ja magnonit kaveraavat