Ánh sáng laser tạo ra vật liệu có từ tính – Thế Giới Vật Lý

Ánh sáng laser tạo ra vật liệu có từ tính – Thế Giới Vật Lý

Dấu thời gian: Ngày 26 tháng 2024 năm 10 00:XNUMX sáng


Stefano Bonetti trong phòng thí nghiệm của ông tại Đại học Stockholm
Stefano Bonetti trong phòng thí nghiệm của ông tại Đại học Stockholm. (Được phép: Quỹ Knut và Alice Wallenbergs/Magnus Bergström)

Các xung ánh sáng laser có thể khiến bất kỳ vật liệu nào – kể cả chất cách điện – phát triển mô men từ tương đối lớn. Hiệu ứng này, lần đầu tiên được chứng minh bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, cho thấy ánh sáng laser có thể gây ra hành vi lượng tử ngay cả ở nhiệt độ phòng, chứ không chỉ trong những điều kiện cực lạnh thường yêu cầu. Mặc dù chủ yếu được khoa học cơ bản quan tâm nhưng kỹ thuật này cũng có thể có những ứng dụng để lưu trữ dữ liệu từ tính nhanh hơn, hiệu quả hơn.

Trong các thí nghiệm của họ, Stefano Bonetti of Đại học Stockholm và Ca 'Foscari University of Venice và các đồng nghiệp bắt đầu với một ý tưởng tương đối đơn giản. Bằng cách áp dụng ánh sáng laser vừa phân cực tròn – tức là sự phân cực của nó tạo ra hình dạng giống như cái mở nút chai khi nó truyền đi – vừa cộng hưởng với tần số dao động nguyên tử bên trong vật liệu, họ nhận ra rằng họ có thể điều khiển những dao động này theo kiểu hình tròn và do đó tạo ra một mô men từ.

Các nhà nghiên cứu đã được khuyến khích suy nghĩ bởi nghiên cứu lý thuyết, dự đoán rằng các nguyên tử chuyển động theo hình tròn thực sự có thể gây ra từ hóa ở hầu hết mọi vật liệu. “Với kiến ​​thức chuyên môn về từ tính và những nghiên cứu gần đây của tôi về động lực học phonon (dao động mạng), tôi tin rằng phòng thí nghiệm của mình sẽ là một môi trường lý tưởng để thử nghiệm khái niệm này,” Bonetti nói.

Nguồn sáng phân cực gây ra mô men từ lớn

Trước khi có thể bắt đầu, trước tiên các nhà nghiên cứu phải phát triển một nguồn sáng phân cực mới có tần số trong phạm vi terahertz (hồng ngoại xa) cần thiết. Khi nguồn đã sẵn sàng, họ sử dụng nó để bắn các xung ngắn, cường độ cao vào một mẫu strontium titanate (SrTiO3). Ở nhiệt độ phòng, vật liệu này là một nam châm thuận điện với cấu trúc mạng tinh thể perovskite lập phương. Các nhà nghiên cứu chọn nó vì một số nguyên tử của nó dao động ở tần số terahertz – cụ thể là ở tần số 3 THz với băng thông 0.5 THz.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những xung ánh sáng này gây ra một hiện tượng gọi là hiện tượng đa sắt động. Tính đa sắt xảy ra khi một số tính chất của vật liệu có trạng thái ưa thích riêng. Ví dụ, một vật liệu đa sắt có thể có mômen từ hướng theo một hướng và điện tích cũng dịch chuyển theo một hướng nhất định. Điều quan trọng là hai hiện tượng này độc lập với nhau.

Mặc dù được dự đoán bằng lý thuyết nhưng hiện tượng này chưa bao giờ được chứng minh bằng thực nghiệm. Bonetti báo cáo rằng thí nghiệm còn mang lại một điều ngạc nhiên: mômen từ cảm ứng trong vật liệu lớn hơn 10 000 lần so với dự đoán lý thuyết.

Ứng dụng lưu trữ dữ liệu từ tính

Các nhà nghiên cứu cho biết khám phá của họ có thể được sử dụng trong các công nghệ lưu trữ dữ liệu từ tính, nơi có mối quan tâm lớn đến các phương pháp mã hóa thông tin từ tính mới. Điều này là do các miền từ tính có thể được chuyển đổi bằng điện trường nhanh, năng lượng thấp hơn, thay vì bằng dòng điện (một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và tương đối chậm) như các miền thông thường.

Nhóm nghiên cứu bao gồm cả các nhà khoa học từ Viện Vật lý Lý thuyết Bắc Âu (NORDITA) ở Thủy Điển; các Đại học Connecticut và Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC tại Hoa Kỳ; các Elettra-Sincrotrone Trieste và Đại học 'Sapienza' của Rome, cả ở Ý; và Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia ở Tsukuba, Nhật Bản, hiện đang nghiên cứu để hiểu rõ hơn về tính chất vật lý của tính đa sắt động. “Điều này sẽ rất cần thiết để kiểm soát hiệu ứng tốt hơn,” Bonetti nói Thế giới vật lý. “Chúng tôi cũng mong muốn làm cho hiệu ứng này bền bỉ hơn vì hiện tại nó chỉ xảy ra khi đèn laser đang hoạt động.”

Các thí nghiệm được mô tả ở Thiên nhiên.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý