Professor Amir Capua, chef för Spintronics Lab vid Institutet för tillämpad fysik och elektroteknik vid hebreiska universitetet i Jerusalem, tillkännagav ett avgörande genombrott inom området ljus-magnetism-interaktioner. Teamets oväntade upptäckt avslöjar en mekanism där en optisk laserstråle styr det magnetiska tillståndet i fasta ämnen, vilket lovar konkreta tillämpningar i olika industrier.
"Detta genombrott markerar ett paradigmskifte i vår förståelse av samspelet mellan ljus och magnetiska material," sade professor Capua. "Det banar väg för ljusstyrd, höghastighetsminnesteknologi, särskilt Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM), och innovativ utveckling av optiska sensorer. I själva verket signalerar denna upptäckt ett stort steg i vår förståelse av ljus-magnetisms dynamik."
Forskningen utmanar konventionellt tänkande genom att reda ut den förbisedda magnetiska aspekten av ljus, som vanligtvis får mindre uppmärksamhet på grund av magneternas långsammare respons jämfört med ljusstrålningens snabba beteende.
Genom sin undersökning avslöjade teamet en ny förståelse:den magnetiska komponenten i en snabbt oscillerande ljusvåg har förmågan att kontrollera magneter, vilket omdefinierar principen om fysiska relationer. Intressant nog identifierades en elementär matematisk relation som beskriver styrkan av interaktionen och kopplar samman amplituden av ljusets magnetfält, dess frekvens och energiabsorptionen hos det magnetiska materialet.
Upptäckten är tätt kopplad till kvantteknologiernas rike och kombinerade principer från två vetenskapliga samhällen som hittills hade lite överlappning. "Vi kom fram till denna förståelse genom att använda principer som är väletablerade inom kvantberäknings- och kvantoptikgemenskaperna men mindre i spintronik- och magnetismgemenskaperna", sa Capua.
Interaktionen mellan ett magnetiskt material och strålning är väl etablerad när de två är i perfekt jämvikt. Men situationen där det finns både strålning och magnetiskt material som inte är i jämvikt har hittills beskrivits mycket delvis.
Denna icke-jämviktsregim är kärnan i kvantoptik och kvantberäkningsteknik. Från vår undersökning av denna icke-jämviktsregim i magnetiska material, samtidigt som vi lånar principer från kvantfysiken, har vi underbyggt den grundläggande förståelsen att magneter till och med kan svara på ljusets korta tidsskalor. Dessutom visar sig interaktionen vara mycket betydelsefull och effektiv.
"Våra fynd kan förklara en mängd experimentella resultat som har rapporterats under de senaste 2-3 decennierna", förklarade Capua.
"Denna upptäckt har långtgående konsekvenser, särskilt inom området för datainspelning med ljus och nanomagneter", säger professor Capua. "Det antyder det potentiella förverkligandet av ultrasnabba och energieffektiva optiskt styrda MRAM och en seismisk förändring av informationslagring och bearbetning över olika sektorer."
Dessutom, tillsammans med denna upptäckt, introducerade teamet en specialiserad sensor som kan detektera den magnetiska delen av ljus. Till skillnad från traditionella sensorer erbjuder denna banbrytande design mångsidighet och integration över olika applikationer, vilket potentiellt revolutionerar sensor- och kretsdesigner som använder ljus på olika sätt.
Forskningen utfördes av Benjamin Assouline, en Ph.D. kandidat i Spintronics Lab, som spelade en viktig roll i denna upptäckt. Teamet inser den potentiella effekten av deras genombrott och har ansökt om flera relaterade patent.
Mer information: Benjamin Assouline et al, Helicitetsberoende optisk kontroll av magnetiseringstillståndet som kommer från Landau-Lifshitz-Gilbert-ekvationen, Physical Review Research (2024). DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013012
Journalinformation: Fysisk granskning
Tillhandahålls av Hebrew University of Jerusalem
