لرزاندن آهنرباها با پالسهای نوری فوقسریع، کنترل شگفتانگیزی بر اسپین را آشکار میکند
یک تیم بینالمللی پژوهشگر به رهبری دانشگاه لنکستر، مکانیزم بسیار کارآمدی برای لرزاندن آهنرباها با استفاده از پالسهای نور بسیار کوتاه، کوتاهتر از یک تریلیونم ثانیه، کشف کردهاند. تحقیقات آنها در Physical Review Letters منتشر شده است.
کشف ویژگیها و پدیدههای بنیادی جدید در مواد مغناطیسی برای توسعهٔ دستگاههای سریعتر و کممصرف انرژی ضروری است.
پژوهشگران با استفاده از پالس الکترومغناطیسی بسیار کوتاه برای لرزاندن مغناطیسگذاری، تأثیر آن را بر زاویهٔ هدایت مغناطیسگذاری در دو ماده مغناطیسی مشابه با مدارهای الکترونی متفاوت بررسی کردند. پس از لرزش آهنربا و سپس تجزیه و تحلیل وضعیت مغناطیسی آن، دریافتند که تعامل بین حرکت مداری و چرخش، انحراف اسپین را دهبرابر بیشتر نسبت به حالت بدون چنین تعاملی، توسط پالس نوری بهدست میدهد.
دکتر رستیسلاو میخایلوفسکی، نویسنده ارشد گفت: «ما بر این باوریم که این کشف هیجانانگیز، مطالعات بیشتری را در زمینهٔ مکانیزمهای کنترل کارآمد و سریع مغناطیسگذاری برای فناوریهای کوانتومی آینده تحریک خواهد کرد.»
مواد مغناطیسی همچنان بخش مهمی از زندگی روزمرهٔ ما را تشکیل میدهند؛ از یادگاریهای آهنربای یخچال تا قطبنماها و مغناطیسسنجها در تلفنهای همراه و رایانههای شخصی. مراکز دادهٔ بزرگ برای ذخیرهسازی اطلاعات از مواد مغناطیسی بهعنوان رسانهٔ ذخیرهسازی بهره میبرند که در آن بیتهای اطلاعات (مثلاً «۰» یا «۱») با جهت مغناطیسگذاری (مثلاً «بالا» یا «پایین») رمزگذاری میشوند.
اصطلاح «آهنربا» به موادی اشاره میکند که میتوانند بدون تماس مستقیم، اشیای مغناطیسی دیگر را جذب یا دفع کنند. به سادهترین شکل، پیدایش مغناطیس را میتوان با مدلی توصیف کرد که در آن الکترونها به دور هستهٔ اتم میچرخند، مشابه سیاراتی که به دور خورشید میگردند. همانطور که سیارات محورهای چرخشی خود را میچرخانند، الکترونها نیز چرخشی مشابه نشان میدهند. به دلیل این چرخش، هر الکترون به عنوان یک آهنربای ابتدایی عمل میکند که «اسپین» نام دارد. تقارن حرکت مداری الکترونها جهت اسپینها را تعیین میکند؛ میتوان آن را به سوزن کوچک یک قطبنما تشبیه کرد که بسته به قطبیت اسپین، به سمت «شمال» یا «جنوب» اشاره میکند.
در مواد، الکترونهای مداری یک اتم با یکدیگر و با الکترونهای اتمهای مجاور تعامل میکنند. این تعاملات جهت مغناطیسگذاری و حساسیت آن نسبت به تحریکهای خارجی را تعیین مینمایند. برای انحراف مغناطیسگذاری از جهت پایداری خود، میتوان حالت مداری الکترون یا وضعیت اسپین را بهطور مستقیم تغییر داد. با انحراف کافی، میتوان جهت مغناطیسگذاری را معکوس کرد.