Квантов пробив, при който светлината прави материалите магнитни

Ваня Милева Последна промяна на 12 април 2024 в 00:00 14956 0

Стефано Бонети в лабораторията си в Стокхолмския университет

Кредит Knut and Alice Wallenbergs Foundation/Magnus Bergström

Стефано Бонети в лабораторията си в Стокхолмския университет

Потенциалът на квантовата технология е огромен, но днес е до голяма степен ограничен до изключително студените условия в лабораториите.

Сега изследователи успяват да демонстрират за първи път как лазерната светлина може да предизвика квантово поведение при стайна температура – ​​и да направи немагнитните материали магнитни.

Очаква се постижението да проправи пътя за по-бързи и по-енергийно ефективни компютри, трансфер на информация и съхранение на данни.

В рамките на няколко десетилетия се очаква напредъкът на квантовата технология да направи революция в няколко от най-важните области на обществото и да проправи пътя за напълно нови технологични възможности в комуникацията и енергията.

От особен интерес за изследователите в областта са особените и странни свойства на квантовите частици – които се отклоняват напълно от законите на класическата физика и могат да направят материалите магнитни или свръхпроводящи.

Целта на учените е да контролират и манипулират материалите, за да получат квантово-механични свойства. И това може да стане като се изучава как точно и защо възникват този тип квантови състояния.

Досега изследователите са успели да предизвикат квантово поведение, като магнетизъм и свръхпроводимост, само при изключително ниски температури. Следователно потенциалът на квантовите изследвания все още е ограничен до лабораторни условия.

Сега изследователски екип от Стокхолмския университет и Северния институт по теоретична физика (NORDITA) в Швеция, Университета на Кънектикът и Националната ускорителна лаборатория SLAC в САЩ, Националния институт за наука за материалите в Цукуба, Япония, Elettra-Sincrotrone Триест, университета "Сапиенца", Рим и университета "Ка' Фоскари" във Венеция, Италия, е първият в света, който демонстрира в експеримент как лазерната светлина може да индуцира магнетизъм в немагнитен материал при стайна температура.

За разлика от линейната поляризирана светлина, кръгово поляризираната създава винтов модел. Кредит: Wikimedia Commons

В изследването, публикувано в Nature, изследователите подлагат квантовия материал стронциев титанат на къси, но интензивни лазерни лъчи с особена дължина на вълната и поляризация, и по този начин индуцират магнетизъм.

"Иновацията в този метод се крие в концепцията за оставяне на светлината да движи атоми и електрони в този материал в кръгово движение, така че да генерира токове, които го правят толкова магнитен, колкото магнит за хладилник. Успяхме да направим това, като разработихме нов източник на светлина в далечния инфрачервен диапазон с поляризация, която има форма на "тирбушон", обяснява ръководителят на изследването Стефано Бонети (Stefano Bonetti) от Стокхолмския университет и от университета "Ка' Фоскари" във Венеция.

Екипът е първият, който успява да предизвика и да наблюдава как материалът става магнитен при стайна температура в експеримент.

"Освен това нашият подход позволява да се правят магнитни материали от много изолатори, когато магнитите обикновено са направени от метали. В дългосрочен план това отваря врати за напълно нови приложения в обществото", продължава коментара си Бонети.

Методът се основава на теорията за "динамичната мултифероичност", която предвижда, че когато титанови атоми се "раздвижат" с кръгово поляризирана светлина в оксид на основата на титан и стронций, ще се образува магнитно поле. Но едва сега теорията може да бъде потвърдена на практика. Очаква се пробивът да има широко приложение в няколко информационни технологии.

Схема на експерименталната реализация на динамична мултифероичностa, SrTiO3 единична клетка в отсъствието на терахерцово електрическо поле. Когато кръгово поляризиран терахерцов полеви импулс задвижва кръгово атомно движение, се очаква динамичната мултифероичност да създаде нетен магнитен момент в единичната клетка. b, c, Северният полюс сочи нагоре за импулс с ляво ориентирана поляризация (b), и надолу за импулс, който е с дясна посока (c). Кредит: Basini, M., Pancaldi, M., Wehinger, B. et al. Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07175-9 

"Това дава възможност за свръхбързи магнитни превключватели, които могат да се използват за по-бърз трансфер на информация и значително по-добро съхранение на данни, както и за компютри, които са значително по-бързи и по-енергийно ефективни", отбелязва Александър Балацки (Alexander Balatsky), професор по физика в NORDITA.

Всъщност резултатите на екипа вече са били възпроизведени в няколко други лаборатории и публикация в същия брой на Nature демонстрира, че този подход може да се използва за писане и следователно съхраняване на магнитна информация. Беше отворена нова глава в проектирането на нови материали, използващи светлина.

Справка: Basini, M., Pancaldi, M., Wehinger, B. et al. Terahertz electric-field-driven dynamical multiferroicity in SrTiO3. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07175-9 

ИзточникQuantum breakthrough when light makes materials magnetic, Stockholm University

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !