Valon aiheuttama ei-vastavuoroinen magnetismi

Japanilaiset tutkijat kertovat, että teoreettinen viitekehys ennustaa kiinteissä aineissa valon avulla syntyviä ei-vastakkaisia vuorovaikutuksia, jotka rikkovat tehokkaasti Newtonin kolmatta, voiman ja vastavoiman lakia.

He osoittavat, että säteilemällä huolellisesti viritetyn taajuuden omaavaa valoa magneettiseen metalliin voidaan aiheuttaa vääntömomentti, joka saa kaksi magneettista kerrosta spontaanisti ja pysyvästi pyörimään. Tämä työ avaa uuden alueen epätasapainon materiaalitieteessä ja ehdottaa uusia sovelluksia valolla ohjatuissa kvanttimateriaaleissa.

Tasapainossa fyysiset systeemit noudattavat vaikutuksen ja reaktion lakia vapaan energian minimoinnin periaatteen mukaisesti. Kuitenkin epätasapainoisissa systeemeissä, kuten biologisessa tai aktiivisessa aineessa – vuorovaikutukset, jotka tehokkaasti rikkovat tätä lakia – niin sanotut ei-resiprookkiset vuorovaikutukset ovat yleisiä.

Esimerkiksi aivot sisältävät inhiboivia ja eksitatorisia neuroneja, jotka ovat vuorovaikutuksessa ei-vastavuoroisesti; saalistajan ja saaliin välinen vuorovaikutus on epäsymmetrinen, ja optisesti aktiiviseen väliaineeseen upotetut kolloidit osoittavat myös ei-vastavuoroisia vuorovaikutuksia. Herää luonnollinen kysymys: voidaanko tällaista ei-vastavuoroisuutta toteuttaa puolijohdejärjestelmissä?

Science Tokyo -instituutin apulaisprofessori Ryo Hanain johtama tutkimusryhmä vastasi tähän kysymykseen myöntävästi yhteistyössä Okayaman ja Kioton yliopistojen tutkimusryhmien kanssa ehdottamalla teoreettista menetelmää ei-vastavuoroisten olemusten indusoimiseksi kiinteän olomuodon järjestelmissä valon avulla.

”Tutkimuksemme ehdottaa yleistä tapaa muuttaa tavalliset vastavuoroise spin-vuorovaikutukset ei-vastavuoroisksi valon avulla”, Hanai selittää. ”Konkreettisena esimerkkinä osoitamme, että tunnettu magneettisten metallien vuorovaikutus – Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida (RKKY) -vuorovaikutus – voi saada ei-vastavuoroisen luonteen, kun materiaalia säteilytetään valolla taajuudella, joka valikoivasti avaa hajoamiskanavan tietyille spineille, kun jättävät toiset resonanssin ulkopuolella.”

"Työmme ei ainoastaan tarjoa uutta työkalua kvanttimateriaalien ohjaamiseen valolla, vaan se myös yhdistää aktiivisen aineen ja tiiviin aineen fysiikan käsitteet ja sitä voitaisiin soveltaa voimakkaasti korreloituneiden elektronien Mott-eristysfaaseihin, monikaistaiseen suprajohtavuuteen ja optiseen fononivälitteiseen suprajohtavuuteen", Hanai toteaa.

Lisäksi tämä työ voisi mahdollistaa uudentyyppisten spintronisten laitteiden ja taajuusviritettävien oskillaattorien kehittämisen.

Kaiken kaikkiaan tämä tutkimus valottaa ei-vastavuoroisten vuorovaikutusten sovellettavuutta kiinteän olomuodon järjestelmiin ja niiden mahdollisia vaikutuksia seuraavan sukupolven innovatiivisiin teknologioihin.

Aiheesta aiemmin:

Lähes sata vuotta vanha kvanttifysiikan mysteeri ratkaistu

Älymateriaali haastaa Newtonin liikelain

Mikroaaltojen nopeudensäätöä