바젤 대학과 취리히의 ETH 연구원들은 레이저 빔을 사용하여 특수 강자성체의 극성을 바꾸는 데 성공했습니다. 미래에는 이 방법을 사용하여 빛으로 적응 가능한 전자 회로를 만들 수 있습니다.
강자성체에서는 연합된 힘이 작용합니다. 나침반 바늘이 북쪽을 가리키거나 냉장고 자석이 냉장고 문에 붙기 위해서는 그 안에서 셀 수 없이 많은 전자들이 회전하는데, 각각은 작은 자기장만을 생성할 뿐이며, 모두 같은 방향으로 일직선을 이루어야 합니다. 이는 강자성체 내부의 무질서한 열 운동보다 더 강해야 하는 스핀 간의 상호 작용을 통해 발생합니다. 물질의 온도가 임계값보다 낮으면 강자성이 됩니다.
반대로, 강자성체의 극성을 바꾸려면 일반적으로 먼저 임계 온도 이상으로 가열해야 합니다. 그러면 전자 스핀은 스스로 방향을 바꿀 수 있고 냉각 후에 강자성체의 자기장은 결국 다른 방향을 가리킵니다.
바젤 대학교의 Tomasz Smoleński 교수와 취리히 ETH의 Ataç Imamoğlu 교수가 이끄는 연구팀은 이제 아무런 가열 없이 빛만을 사용하여- 이러한 방향 전환을 구현하는 데 성공했습니다. 그들은 결과를 발표했습니다.자연.
상호 작용 및 토폴로지
"우리 연구에서 흥미로운 점은 현대 응집 물질 물리학의 세 가지 주요 주제, 즉 전자, 토폴로지 및 동적 제어 간의 강력한 상호 작용을 결합했다는 것입니다"라고 Imamoğlu는 말합니다.
이를 달성하기 위해 연구진은 서로 약간 꼬인 두 개의 웨이퍼{0}}박막 유기 반도체 몰리브덴 디텔루라이드 층으로 구성된 특수 재료를 사용했습니다.
이러한 물질에서는 소위 -토폴로지 상태가 형성될 수 있습니다. 간단히 말하면, 토폴로지 상태는 공(구멍 없음) 또는 도넛(구멍 1개)의 모양에 따라 특성화될 수 있습니다. 중요한 것은 공이 단순한 변형으로는 도넛으로 바뀔 수 없다는 것입니다. 이는 위상학적 상태가 명확하고 영구적으로 정의된다는 것을 의미합니다.
Smoleński와 Imamoğlu가 공동 감독한 새로운 실험에서{0}}전자는 절연 상태인 위상 상태와 전도 상태인 금속 상태 사이에서 조정될 수 있었습니다. 놀랍게도 상호 작용으로 인해 두 상태의 전자 스핀이 서로 평행하게 정렬되어 물질이 강자성체로 변합니다.
"우리의 주요 결과는 레이저 펄스를 사용하여 스핀의 집합적 방향을 변경할 수 있다는 것입니다."라고 박사인 Olivier Huber는 말합니다. 동료인 Kilian Kuhlbrodt 및 Tomasz Smoleński와 함께 실험을 수행한 ETH의 학생입니다. 몇 년 전에 이것은 이미 단일 전자에 대해 수행되었지만 이제는 전체 강자성체의 "전환" 또는 극성 변경이 달성되었습니다.
Smoleński는 "이러한 전환은 영구적이었고, 더욱이 토폴로지는 전환 역학에 영향을 미쳤습니다."라고 말했습니다.
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강자성체의 동적 제어
이러한 방식으로 레이저 펄스를 사용하여 내부에 위상학적 강자성 상태가 위치한 새로운 경계선을 그릴 수도 있습니다. 이는 반복적으로 수행될 수 있으므로 토폴로지 및 강자성 특성의 동적 제어가 가능합니다.
크기가 불과 몇 마이크로미터에 불과한 작은 강자성체가 실제로 극성을 변경했음을 보여주기 위해 연구진은 훨씬 약한 두 번째 레이저 빔의 반사를 측정했습니다. 이 반사는 전자 스핀의 방향을 드러냈습니다.
"미래에 우리는 우리의 방법을 사용하여 칩에 임의의 적응형 토폴로지 회로를 광학적으로 작성할 수 있을 것입니다"라고 Smoleński는 말했습니다. 이 접근 방식은 매우 작은 전자기장을 측정할 수 있는 작은 간섭계를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
