Các nhà nghiên cứu tại Đại học Basel và ETH ở Zurich đã thành công trong việc thay đổi cực tính của một chất sắt từ đặc biệt bằng chùm tia laser. Trong tương lai, phương pháp này có thể được sử dụng để tạo ra các mạch điện tử thích ứng với ánh sáng.
Trong một chất sắt từ, các lực kết hợp đang hoạt động. Để kim la bàn chỉ về hướng bắc hay nam châm tủ lạnh dính vào cửa tủ lạnh, vô số electron quay bên trong chúng, mỗi hạt chỉ tạo ra một từ trường cực nhỏ, tất cả cần phải xếp theo cùng một hướng. Điều này xảy ra thông qua sự tương tác giữa các spin, chúng phải mạnh hơn chuyển động nhiệt hỗn loạn bên trong nam châm sắt. Nếu nhiệt độ của vật liệu thấp hơn giá trị tới hạn, nó sẽ trở thành sắt từ.
Ngược lại, để thay đổi cực tính của sắt từ, trước tiên người ta thường cần làm nóng nó lên trên nhiệt độ tới hạn. Các spin của electron sau đó có thể tự định hướng lại và sau khi nguội đi, từ trường của sắt từ cuối cùng sẽ hướng theo một hướng khác.
Một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Tiến sĩ Tomasz Smoleński tại Đại học Basel và Giáo sư Tiến sĩ Ataç Imamoğlu tại ETH ở Zurich dẫn đầu hiện đã tìm cách mang lại sự-định hướng lại như vậy chỉ bằng cách sử dụng ánh sáng-mà không sử dụng bất kỳ hệ thống sưởi nào. Họ đã công bố kết quả của họ trongThiên nhiên.
Tương tác và cấu trúc liên kết
Imamoğlu nói: “Điều thú vị trong công việc của chúng tôi là chúng tôi kết hợp ba chủ đề lớn trong vật lý vật chất ngưng tụ hiện đại vào một thí nghiệm duy nhất: tương tác mạnh giữa các electron, cấu trúc liên kết và điều khiển động học”.
Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu đặc biệt bao gồm hai lớp mỏng bán dẫn hữu cơ molybdenum ditelluride, được xoắn nhẹ với nhau.
Trong những vật liệu như vậy, cái gọi là trạng thái tôpô có thể hình thành. Nói một cách đơn giản, các trạng thái tôpô có thể được mô tả dựa trên hình dáng của chúng: một quả bóng (không có lỗ) hoặc một chiếc bánh rán (một lỗ). Điều quan trọng là, một quả bóng không thể biến thành một chiếc bánh rán chỉ bằng một biến dạng đơn giản, điều đó có nghĩa là các trạng thái tôpô được xác định một cách rõ ràng và vĩnh viễn.
Trong các thí nghiệm mới do Smoleński và Imamoğlu đồng giám sát, các electron có thể được điều chỉnh giữa các trạng thái tôpô là trạng thái cách điện và trạng thái kim loại đang dẫn điện. Điều đáng chú ý là các tương tác làm cho spin của electron ở cả hai trạng thái sắp xếp song song với nhau, biến vật liệu thành chất sắt từ.
Olivier Huber, tiến sĩ, cho biết: “Kết quả chính của chúng tôi là chúng tôi có thể sử dụng xung laser để thay đổi hướng chung của các spin”. sinh viên tại ETH, người đã thực hiện thí nghiệm cùng với đồng nghiệp Kilian Kuhlbrodt và Tomasz Smoleński. Một vài năm trước, điều này đã được thực hiện đối với các electron đơn lẻ, nhưng giờ đây việc "chuyển đổi" hoặc thay đổi cực tính của toàn bộ nam châm sắt đã đạt được.
Smoleński cho biết: “Việc chuyển đổi này là vĩnh viễn và hơn nữa, cấu trúc liên kết ảnh hưởng đến động lực chuyển đổi”.
Khám phá những thông tin mới nhất về khoa học, công nghệ và không gian với hơn100.000 người đăng kýnhững người dựa vào Phys.org để có được thông tin chi tiết hàng ngày. Đăng ký nhận bản tin miễn phí của chúng tôi và nhận thông tin cập nhật về những đột phá, đổi mới và nghiên cứu quan trọng-hàng ngày hoặc hàng tuần.
Đặt mua
Điều khiển động của sắt từ
Bằng cách này, xung laser cũng có thể được sử dụng để vẽ các đường ranh giới mới, bên trong đó có trạng thái sắt từ tôpô. Điều này có thể được thực hiện nhiều lần để có thể kiểm soát động các đặc tính tôpô và sắt từ.
Để chứng minh rằng chất sắt từ nhỏ bé, có kích thước chỉ vài micromet, đã thực sự thay đổi cực tính của nó, các nhà nghiên cứu đã đo sự phản xạ của chùm tia laser thứ hai yếu hơn nhiều. Sự phản xạ này tiết lộ hướng của các spin electron.
Smoleński cho biết: “Trong tương lai, chúng tôi sẽ có thể sử dụng phương pháp của mình để viết về mặt quang học các mạch tôpô tùy ý và có khả năng thích ứng trên một con chip”. Cách tiếp cận này sau đó có thể được sử dụng để tạo ra các giao thoa kế cực nhỏ, nhờ đó có thể đo được các trường điện từ cực nhỏ.
