חוקרים מאוניברסיטת באזל וה-ETH בציריך הצליחו לשנות את הקוטביות של פרומגנט מיוחד באמצעות קרן לייזר. בעתיד, שיטה זו תוכל לשמש ליצירת מעגלים אלקטרוניים ניתנים להתאמה עם אור.
בפרומגנט, כוחות משולבים פועלים. כדי שמחט מצפן תצביע צפונה או מגנט של מקרר יידבק לדלת המקרר, מסתובבים בתוכם אינספור אלקטרונים, שכל אחד מהם יוצר רק שדה מגנטי זעיר, כולם צריכים להתיישר באותו כיוון. זה קורה באמצעות אינטראקציות בין הספינים, שצריכות להיות חזקות יותר מהתנועה התרמית המשובשת בתוך הפרומגנט. אם הטמפרטורה של החומר מתחת לערך קריטי, הוא הופך לפרומגנטי.
לעומת זאת, כדי לשנות את הקוטביות של פרומגנט, בדרך כלל צריך קודם כל לחמם אותו מעל הטמפרטורה הקריטית שלו. הספינים האלקטרונים יכולים אז לכוון את עצמם מחדש, ולאחר התקררות, השדה המגנטי של הפרומגנט מצביע בסופו של דבר לכיוון אחר.
צוות חוקרים בראשות פרופ' ד"ר תומאש סמולנסקי מאוניברסיטת באזל ופרופ' ד"ר אטאץ' אימאמוגלו ב-ETH בציריך הצליחו כעת להביא ל-התמצאות מחדש שכזו תוך שימוש רק באור-ללא כל חימום. הם פרסמו את התוצאות שלהם בטֶבַע.
אינטראקציות וטופולוגיה
"מה שמרגש בעבודה שלנו הוא שאנחנו משלבים את שלושת הנושאים הגדולים בפיזיקה המודרנית של החומר המעובה בניסוי יחיד: אינטראקציות חזקות בין האלקטרונים, טופולוגיה ובקרה דינמית", אומר אימאמוגלו.
כדי להשיג זאת, החוקרים השתמשו בחומר מיוחד המורכב משתי שכבות רקיקות- דקות של המוליבדן דיטלוריד המוליבדן האורגני, המעוותות מעט זו בזו.
בחומרים כאלה יכולים להיווצר-מצבים טופולוגיים. בפשטות, ניתן לאפיין מצבים טופולוגיים על סמך איך שהם נראים: כדור (ללא חור) או סופגניה (חור אחד). חשוב לציין, לא ניתן להפוך כדור לסופגנייה על ידי דפורמציה פשוטה, מה שאומר שמצבים טופולוגיים מוגדרים באופן חד משמעי וקבוע.
בניסויים החדשים-בשיתוף סמולנסקי ואימאמוגלו, ניתן היה לכוונן את האלקטרונים בין מצבים טופולוגיים כאלה שהם מבודדים לבין מצבים מתכתיים שמוליכים. באופן מדהים, אינטראקציות גורמות לסחרור האלקטרונים בשני המצבים להתיישר במקביל זה לזה, והופכים את החומר לפרומגנט.
"התוצאה העיקרית שלנו היא שאנחנו יכולים להשתמש בדופק לייזר כדי לשנות את הכיוון הקולקטיבי של הספינים", אומר אוליבייה הובר, דוקטור. סטודנט ב-ETH, שביצע את הניסויים יחד עם עמיתו קיליאן קולברודט ותומאש סמולנסקי. לפני כמה שנים זה כבר נעשה עבור אלקטרונים בודדים, אך כעת הושג ה"החלפה" או שינוי הקוטביות של הפרומגנט כולו.
"המעבר הזה היה קבוע, ויתרה מכך, הטופולוגיה משפיעה על דינמיקת המיתוג", אומר סמולנסקי.
גלה את החידושים האחרונים בתחום המדע, הטכנולוגיה והחלל עם מעל100,000 מנוייםשמסתמכים על Phys.org לתובנות יומיומיות. הירשם לניוזלטר החינמי שלנו וקבל עדכונים על פריצות דרך, חידושים ומחקר חשובים-יומי או שבועי.
הירשם
שליטה דינאמית על הפרומגנט
באופן זה, ניתן להשתמש בפולס הלייזר גם לשרטוט קווי גבול חדשים, שבתוכם נמצא המצב הפרומגנטי הטופולוגי. ניתן לעשות זאת שוב ושוב, כך שתתאפשר שליטה דינמית בתכונות הטופולוגיות והפרומגנטיות.
כדי להראות שהפרומגנט הזעיר, שגודלו רק כמה מיקרומטרים, באמת שינה את הקוטביות שלו, מדדו החוקרים השתקפות של קרן לייזר שנייה וחלשה בהרבה. השתקפות זו חשפה את כיוון ספיני האלקטרונים.
"בעתיד נוכל להשתמש בשיטה שלנו כדי לכתוב באופן אופטי מעגלים טופולוגיים שרירותיים וניתנים להתאמה על שבב", אומר סמולנסקי. לאחר מכן ניתן להשתמש בגישה זו ליצירת אינטרפרומטרים זעירים, שבאמצעותם ניתן למדוד שדות אלקטרומגנטיים קטנים במיוחד.
