Valo muuttaa magneetin napaisuutta30.01.2026
Ferromagneetin napaisuuden muuttamiseksi se on yleensä ensin lämmitettävä kriittisen lämpötilan yläpuolelle. Elektronispinit voivat sitten suunnata itsensä uudelleen, ja jäähtymisen jälkeen ferromagneetin magneettikenttä lopulta osoittaa eri suuntaan. Baselin yliopiston professori Tomasz Smoleńskin ja Zürichin ETH:n professori Ataç Imamoğlun johtama tutkijaryhmä on nyt onnistunut saamaan aikaan tällaisen uudelleen suuntautumisen käyttämällä pelkästään valoa – ilman lämmitystä. He julkaisivat hiljattain tuloksensa Nature -tiedelehdessä. ”Työssämme on jännittävää se, että yhdistämme yhdessä kokeessa kolme suurta modernin tiiviin aineen fysiikan aihetta: elektronien väliset voimakkaat vuorovaikutukset, topologian ja dynaamisen säätelyn”, Imamoğlu sanoo. Tämän saavuttamiseksi tutkijat käyttivät erityistä materiaalia, joka koostui kahdesta toisiinsa nähden hieman kiertyneestä, ohuesta orgaanisen puolijohteen, molybdeeniditelluridin, kerroksesta. Tällaisissa materiaaleissa voi muodostua niin sanottuja topologisia tiloja. Yksinkertaisesti sanottuna topologiset tilat voidaan karakterisoida sen perusteella, miltä ne näyttävät: pallo tai donitsi. Tärkeää on, että palloa ei voida muuttaa donitsiksi yksinkertaisella muodonmuutoksella, mikä tarkoittaa, että topologiset tilat ovat yksiselitteisesti ja pysyvästi määriteltyjä. Smoleńskin ja Imamoğlun yhdessä valvomissa uusissa kokeissa elektronit voitiin virittää eristävien topologisten tilojen ja johtavien metallisten tilojen välillä. On huomionarvoista, että vuorovaikutukset saavat elektronien spinit molemmissa tiloissa suuntautumaan yhdensuuntaisesti toisiinsa nähden, mikä muuttaa materiaalin ferromagneetiksi. Ferromagneetin dynaaminen ohjaus ”Päätuloksemme on, että voimme käyttää laserpulssia spinien kollektiivisen suunnan muuttamiseen”, sanoo Olivier Huber, ETH:n tohtoriopiskelija, joka suoritti kokeet yhdessä kollegansa Kilian Kuhlbrodtin ja Tomasz Smoleńskin kanssa. Muutama vuosi sitten tämä oli jo tehty yksittäisille elektroneille, mutta nyt saavutettiin koko ferromagneetin ”kytkentä” eli napaisuuden muutos. ”Tämä kytkentä oli pysyvä ja lisäksi topologia vaikuttaa kytkentädynamiikkaan”, Smoleński sanoo. Tällä tavoin laserpulssia voidaan käyttää myös uusien rajaviivojen piirtämiseen, joiden sisäpuolella topologinen ferromagneettinen tila sijaitsee. Tämä voidaan tehdä toistuvasti, jolloin topologisten ja ferromagneettisten ominaisuuksien dynaaminen hallinta on mahdollista. Osoittaakseen, että pieni, vain muutaman mikrometrin kokoinen ferromagneetti oli todella muuttanut napaisuuttaan, tutkijat mittasivat toisen, paljon heikomman lasersäteen heijastuksen. Tämä heijastus paljasti elektronispinien suunnan. ”Tulevaisuudessa pystymme käyttämään menetelmäämme kirjoittaaksemme sirulle optisesti mielivaltaisia ja mukautuvia topologisia piirejä”, Smoleński sanoo. Tätä lähestymistapaa voitaisiin sitten käyttää pienten interferometrien luomiseen, joilla voidaan mitata erittäin pieniä sähkömagneettisia kenttiä. Aiheesta aiemmin: Magnetismin 3D-muokkausta laserilla Moire-kuviot tarjoavat nyt topologiaa Havaintoja spinin vaihtamisesta yksittäisen atomin sydämessä
|
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Baselin yliopiston ja Zürichin ETH:n tutkijat ovat onnistuneet muuttamaan erityisen ferromagneetin napaisuutta lasersäteen avulla. Tulevaisuudessa tätä menetelmää voitaisiin käyttää mukautuvien elektronisten piirien luomiseen valon avulla.