A szilárd mágneses állapotok ultrarövid lézerimpulzus-manipulációja újradefiniálja az optomágneses dinamika megértését

A közelmúltban egy tanulmány kimutatta a fény és a mágnesesség közötti eddig fel nem fedezett kapcsolatot, amely felfedezés hatékony utat biztosít az ultragyors, fényvezérelt tárolási technológia és a kreatív optomágneses szenzortechnológia jövőbeli megszületéséhez, ami forradalmasíthatja a mely eszközöket gyártják és hogyan tárolják az adatokat több szektorban.

A tanulmány Amir Kapua, a Jeruzsálemi Héber Egyetem Alkalmazott Fizikai és Villamosmérnöki Intézetének Spintronics Laboratóriumának professzora és igazgatója kutatócsoportjától származik. A tanulmány feltárja azt a folyamatot, amelynek során a lézersugár manipulálja a szilárd test mágneses állapotát, paradigmaváltást jelezve a fény és a mágneses anyagok közötti kölcsönhatás emberi megértésében.
(A paradigmaváltás: egy mélyreható változás, amely magában foglalja a gondolkodási minták, az értékek és a megismerési módok alapvető változását. Akárcsak az elméleti keretek vagy elméleti rendszerek megváltozása a tudományban, a paradigmaváltás magában foglalja a dolgok megértésének és megértésének újbóli vizsgálatát. leírásuk megújítása. Ez megköveteli, hogy alapvetően újraértékeljük a meglévő fogalmakat, elméleteket és gyakorlatokat, ami viszont a terület egészét előremozdítja.)
Egy világ, ahol a fény és a mágnesesség együtt táncol
Mint mindannyian tudjuk, a fény és a mágnesesség két nagyon különböző fizikai jelenségnek tűnik, de valójában szorosan összefüggenek. A fény, a láthatatlan energiaforrás, azonnal több ezer mérföldet tud megtenni; a mágnesesség, a titokzatos erőtér pedig irányított mozgásra tudja irányítani a tárgyakat. A köztük lévő interakció olyan, mint a táncosok hallgatólagos együttműködése, csendes, de erővel teli.
A fény hullám-részecske kettősségével fénysebességgel tud mozogni és energiát továbbítani. A mágnesesség viszont az az erőtér, amely akkor keletkezik, amikor az elektronok az atommag körül forognak. De amikor a fény találkozik a mágnesességgel, valami csodálatos történik. A fény képes mágneses reakciót kiváltani, a mágnesesség pedig befolyásolhatja a fény terjedését. Mintha láthatatlan kötelék lenne közöttük, amely befolyásolja és kölcsönhatásba lép egymással.
Ez a kölcsönhatás még figyelemreméltóbb a mikroszkopikus világban. Amikor egy foton mágnessel találkozik, furcsa rezonancia lép fel a kettő között. Ez a rezonancia nem egyszerű energiacsere, hanem a kölcsönös behatolás és integráció mélyebb szintje. Együtt építenek fel egy összetett és szervezett elektromágneses teret, amely lehetővé teszi, hogy az univerzumban minden összekapcsolódjon.
Ez a kapcsolat, amely nemcsak a mikrokozmoszban létezik, a makrokozmoszra is kiterjed. Életünkben a fényt és a mágnesességet mindenhol használják. Az iránytűtől a mobiltelefonig, a tévétől a számítógépig a fény és a mágnesesség kölcsönhatása nélkülözhetetlen mögötte. Lehetővé teszik az információk továbbítását és a világ működését.
A gyorsan oszcilláló fényhullámok képessége a mágnesek manipulálására
Az alapvető fizikai kölcsönhatások újradefiniálása
Ez az új kutatás váratlanul újradefiniálja a fény-mágnes kölcsönhatás megértését, és jelentős előrelépést jelent a fotomágneses dinamika emberi megértésében.
A csapat felfedezése új elméletet tár fel: a gyorsan oszcilláló fényhullámok mágneses komponensének képessége a mágnesek manipulálására újradefiniálja azokat az alapvető fizikai kölcsönhatásokat, amelyeket régóta figyelmen kívül hagytak, mivel a mágnesek lassabban reagálnak, mint a fénysugárzás. Korábban, amikor a mágneses anyagok és az optikai sugárzás tökéletes egyensúlyban voltak, megerősítették a kettő közötti kölcsönhatás létezését. Mostanáig azonban a fénysugárzás és a nem egyensúlyi mágneses anyagok kapcsolatát csak nagyon röviden írták le.
Nyilvánvaló, hogy a kutatócsoport azt állítja, hogy egyszerű matematikai összefüggés van a mágneses anyagok amplitúdója, frekvenciája és energiaelnyelése között, amely leírja a kölcsönhatás erősségét. Ez a felismerés olyan elvek alkalmazásával érhető el, amelyek jól beváltak a kvantumszámítási és kvantumoptikai közösségekben, de nem a spintronikai és mágneses közösségekben.
A kvantumszámítás és a kvantumoptika alapelve a kvantummechanika tulajdonságainak és törvényeinek újszerű felhasználási módja az információfeldolgozás és -átvitel során. Ez az új módszer segíthet hatékonyabb és erőteljesebb információfeldolgozási és számítási képességek elérésében, valamint segíthet a fény viselkedésének jobb megértésében és hasznosításában.
A kvantumszámításban a számítás alapegységeként egy kvantumbitet használunk, amely sajátos képességgel rendelkezik, hogy egyszerre két állapotban, 0 és 1-ben legyen, amit szuperpozíciós állapotnak nevezünk. Ennek a szuperpozíciós állapottulajdonságnak a felhasználásával hatékonyabb és hatékonyabb információfeldolgozást és számítást végezhetünk.
A kvantumoptikában pedig a fény viselkedését és tulajdonságait tanulmányozzuk kvantum szinten. Az olyan jelenségek, mint a fény részecsketermészete, a fény interferencia és diffrakciója leírhatók a kvantummechanika nyelvén. Ezekkel a tanulmányokkal jobban megérthetjük a fény viselkedését, és ezt az ismeretet felhasználhatjuk új technológiák és alkalmazások fejlesztésére.
A kutatócsoport ezért a kvantumfizika fogalmait használta a mágneses anyagok nem egyensúlyi állapotainak tanulmányozására, miközben bemutatta azt az alapötletet, hogy a mágnesek rövid időn belül képesek reagálni a fényre. Kellően erős ultrarövid lézerimpulzusok esetén a mágnesezettség az optikai perióduson belül reagálhat, ezért csak az LLG egyenletet kell figyelembe venni (Az LLG egyenlet a mágnesek dinamikai viselkedését leíró alapvető egyenlet, és széles körben használják a mágnesességben, elektromágnesességben, és egyéb mezők.) az optikai mágneses térben a mágnesezettség optikai szabályozása érhető el.
Ez a következtetés rendkívül forradalmi jelentőségű, és megnyitja az utat az optikailag vezérelt nagy sebességű tárolási technológiák, különösen a magnetorezisztív véletlen hozzáférésű memória (MRAM) és az innovatív optikai érzékelők fejlesztése előtt.