Laserljus gör ett material magnetiskt – Physics World

Pulser av laserljus kan få vilket material som helst – inklusive isolatorer – att utveckla ett relativt stort magnetiskt moment. Denna effekt, som har demonstrerats för första gången av ett internationellt team av forskare, visar att laserljus kan inducera kvantbeteende även vid rumstemperatur, inte bara under de extremt kalla förhållanden som vanligtvis krävs. Även om tekniken främst är av intresse för grundläggande vetenskap, kan den också ha tillämpningar för snabbare och effektivare magnetisk datalagring.

I sina experiment, Stefano Bonetti of Stockholms universitet och Ca 'Foscari University of Venice och kollegor började med en relativt enkel idé. Genom att applicera laserljus som både är cirkulärt polariserat – det vill säga dess polarisation spårar ut en korkskruvsliknande form när det fortplantar sig – och resonanserar med frekvensen av atomsvängningar i ett material, tänkte de att de kunde driva dessa svängningar i ett cirkulärt mönster och sålunda inducera ett magnetiskt moment.

Forskarna uppmuntrades i sitt tänkande av teoretisk forskning, som förutspådde att atomer som rörde sig i cirkulära mönster verkligen kunde inducera magnetisering i nästan vilket material som helst. "Med tanke på min expertis inom magnetism och mina senaste undersökningar av fonondynamik (gittervibrationer) trodde jag att mitt laboratorium skulle vara en idealisk miljö för att experimentera med detta koncept", säger Bonetti.

Polariserad ljuskälla inducerar stora magnetiska moment

Innan de kunde börja, var forskarna först tvungna att utveckla en ny polariserad ljuskälla med en frekvens i det erforderliga terahertz-området (fjärr-infrarött). När källan var klar använde de den för att avfyra korta, intensiva pulser mot ett prov av strontiumtitanat (SrTiO)₃). Vid rumstemperatur är detta material en paraelektrisk diamagnet med en kubisk perovskitgitterstruktur. Forskarna valde det eftersom några av dess atomer vibrerar vid terahertz-frekvenser – närmare bestämt vid 3 THz med en bandbredd på 0.5 THz.

Teamet fann att dessa ljuspulser inducerade ett fenomen som kallas dynamisk multiferroicitet. Multiferroicitet uppstår när flera egenskaper hos ett material var och en har sina egna föredragna tillstånd. Till exempel kan ett multiferroiskt material ha magnetiska moment som pekar i en riktning och elektrisk laddning som också skiftar i en viss riktning. Viktigt är att de två fenomenen är oberoende av varandra.

Även om det förutspåddes av teorin, hade detta fenomen aldrig påvisats experimentellt. Bonetti rapporterar att experimentet också gav en överraskning: de magnetiska momenten som inducerades i materialet var 10 000 gånger större än vad teorin förutspår.

Magnetiska datalagringsapplikationer

Forskarna säger att deras upptäckter kan komma till användning i magnetisk datalagringsteknik, där det finns ett stort intresse för nya metoder för att koda magnetisk information. Detta beror på att magnetiska domäner skulle kunna bytas av ett snabbt elektriskt fält med lägre effekt, snarare än av en elektrisk ström (en energikrävande och relativt långsam process) som konventionella domäner är.

Teamet, som också inkluderar forskare från Nordiska institutet för teoretisk fysik (NORDITA) i Sverige; de University of Connecticut och SLAC National Accelerator Laboratory i USA; de Elettra-Sincrotrone Trieste och "Sapienza" universitet i Rom, båda i Italien; och den National Institute for Materials Science i Tsukuba, Japan, arbetar nu för att bättre förstå fysiken kring dynamisk multiferroicitet. "Detta kommer att vara viktigt för att bättre kontrollera effekten," säger Bonetti Fysikvärlden. "Vi strävar också efter att göra effekten mer ihållande, eftersom den för närvarande bara inträffar medan laserljuset är aktivt."

Experimenten beskrivs i Natur.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/laser-light-makes-a-material-magnetic/