Manipulacija ultrakratkim laserskim pulsom čvrstih magnetskih stanja redefinira razumijevanje optomagnetske dinamike

Nedavno je nedavna studija pokazala dosad neotkrivenu vezu između svjetlosti i magnetizma, otkriće koje će osigurati učinkovit put za buduće rođenje ultrabrze tehnologije pohrane kontrolirane svjetlošću i kreativne tehnologije opto-magnetskih senzora, potencijalno revolucionirajući put u koji se uređaji proizvode i kako se podaci pohranjuju u više sektora.

Studija dolazi od istraživačkog tima Amira Kapua, profesora i direktora Laboratorija za spintroniku na Institutu za primijenjenu fiziku i elektrotehniku ​​na Hebrejskom sveučilištu u Jeruzalemu. Studija razotkriva proces kojim laserska zraka manipulira magnetskim stanjem čvrstog tijela, signalizirajući promjenu paradigme u ljudskom razumijevanju interakcije između svjetlosti i magnetskih materijala.
(Promjena paradigme: je duboka promjena koja uključuje temeljnu promjenu u obrascima razmišljanja, vrijednostima i načinima spoznaje. Poput promjene u teoretskim okvirima ili teorijskim sustavima u znanosti, promjena paradigme podrazumijeva preispitivanje načina na koji se stvari shvaćaju i obnova načina na koji su opisani. Zahtijeva da temeljno preispitamo postojeće koncepte, teorije i prakse, što zauzvrat unapređuje područje u cjelini.)
Svijet u kojem svjetlost i magnetizam plešu zajedno
Kao što svi znamo, svjetlost i magnetizam izgledaju kao dva vrlo različita fizikalna fenomena, ali su zapravo usko povezani. Svjetlost, nevidljivi izvor energije, može trenutno putovati tisućama milja; a magnetizam, tajanstveno polje sile, može voditi objekte da se kreću na usmjeren način. Interakcija između njih je poput prešutne suradnje između plesača, tiha, ali puna snage.
Svjetlost, sa svojom dualnošću val-čestica, može se kretati brzinom svjetlosti i prenositi energiju. Magnetizam je, s druge strane, polje sile koje nastaje kada elektroni rotiraju oko jezgre atoma. Ali kada svjetlost sretne magnetizam, događa se nešto prekrasno. Svjetlost može pokrenuti magnetsku reakciju, a magnetizam može utjecati na širenje svjetlosti. Kao da postoji nevidljiva veza među njima, međusobno utječu i međusobno djeluju.
Ova interakcija još je značajnija u mikroskopskom svijetu. Kada foton naiđe na magnet, postoji čudna rezonancija između njih dvoje. Ova rezonancija nije jednostavna razmjena energije, već dublja razina međusobnog prožimanja i integracije. Zajedno grade složeno i organizirano elektromagnetsko polje koje omogućuje povezivanje svega u svemiru.
Ova veza, koja postoji ne samo u mikrokozmosu, proteže se i na makrokozmos. U našim životima svjetlost i magnetizam se koriste posvuda. Od kompasa do mobitela, od TV-a do računala, interakcija između svjetlosti i magnetizma neizostavna je iza. Oni omogućuju prijenos informacija i funkcioniranje svijeta.
Sposobnost brzih oscilirajućih svjetlosnih valova da manipuliraju magnetima
Redefiniranje temeljnih fizičkih interakcija
Neočekivano, ovo novo istraživanje redefinira razumijevanje interakcije svjetlo-magnet i predstavlja veliki korak naprijed u ljudskom razumijevanju fotomagnetske dinamike.
Otkriće tima otkriva novu teoriju: sposobnost magnetske komponente brzo oscilirajućih svjetlosnih valova da manipuliraju magnetima redefinira temeljne fizičke interakcije koje su dugo bile zanemarene jer magneti reagiraju sporije od svjetlosnog zračenja. Ranije, kada su magnetski materijali i optičko zračenje bili u savršenoj ravnoteži, potvrđeno je postojanje međudjelovanja između njih dvoje. Ali do sada je odnos između svjetlosnog zračenja i neravnotežnih magnetskih materijala samo vrlo kratko opisan.
Razumije se da istraživački tim tvrdi da postoji jednostavan matematički odnos između amplitude, frekvencije i apsorpcije energije magnetskih materijala koji opisuje snagu međudjelovanja. Do ove spoznaje dolazi korištenjem načela koja su dobro uspostavljena u zajednicama kvantnog računalstva i kvantne optike, ali ne i u zajednicama spintronike i magnetizma
Osnovno načelo kvantnog računalstva i kvantne optike je novi način korištenja svojstava i zakona u kvantnoj mehanici za obradu i prijenos informacija. Ovaj novi način može nam pomoći da postignemo učinkovitiju i moćniju obradu informacija i računalne sposobnosti, kao i pomoći nam da bolje razumijemo i iskoristimo ponašanje svjetlosti.
U kvantnom računalstvu kao osnovnu jedinicu računanja koristimo kvantni bit koji ima posebnu sposobnost da bude u dva stanja, 0 i 1, u isto vrijeme, što se naziva superpozicijsko stanje. Korištenjem ovog svojstva stanja superpozicije, možemo izvesti učinkovitiju i snažniju obradu informacija i računanje.
A u kvantnoj optici proučavamo ponašanje i svojstva svjetlosti na kvantnoj razini. Fenomeni kao što su čestična priroda svjetlosti, interferencija i difrakcija svjetlosti mogu se opisati jezikom kvantne mehanike. Kroz ova istraživanja možemo bolje razumjeti ponašanje svjetlosti i iskoristiti to razumijevanje za razvoj novih tehnologija i aplikacija.
Istraživački tim stoga je koristio koncepte iz kvantne fizike za proučavanje neravnotežnih stanja u magnetskim materijalima, dok je demonstrirao osnovnu ideju da magneti mogu reagirati na svjetlost u kratkim vremenskim razmacima. Za dovoljno jake ultrakratke laserske impulse, magnetizacija može reagirati unutar optičkog perioda, tako da je potrebno samo uzeti u obzir LLG jednadžbu (LLG jednadžba je temeljna jednadžba koja opisuje dinamičko ponašanje magneta i naširoko se koristi u magnetizmu, elektromagnetizmu, i druga polja.) u optičkom magnetskom polju može se postići optička kontrola magnetizacije.
Ovaj zaključak je od velikog revolucionarnog značaja i utire put razvoju optički kontroliranih tehnologija pohrane podataka velike brzine, posebno magnetorezistivne memorije s izravnim pristupom (MRAM) i inovativnih optičkih senzora.