Физики научились изменять свойства материалов с помощью света и магнонов

Экспериментальная установка для нелинейного управления материалами в среднем инфракрасном диапазоне. Исследовательские группы Лайтенсторфера и Боссини, Университет Констанца. Автор: Джиллиан Килиани

Это похоже на волшебство? Физики из Университета Констанца разработали метод изменения свойств материалов без нагрева с использованием света и магнонов. Этот прорыв открывает новые возможности для информационных технологий и квантовых исследований — при комнатной температуре.

Представьте, что вы можете изменить свойства материала, превратив его практически в другой материал. Для этого не нужны ни волшебная палочка, ни чудодейственное зелье — достаточно света, возбуждающего магнитные состояния материала. В результате возникают коллективные магнитные колебания (магноны), способные передавать и хранить информацию на терагерцовых частотах. При этом процесс происходит при комнатной температуре без значительного нагрева и не требует редкоземельных элементов — он работает даже в природных кристаллах.

Но самое удивительное: этот же метод потенциально позволяет изучать квантовые эффекты без охлаждения до -270°C, что раньше считалось невозможным. Группа физиков под руководством Давиде Боссини добилась этого, используя лазерные импульсы для когерентного возбуждения пар магнонов. Результаты исследования были опубликованы в июне 2025 года в журнале Science Advances.

Автор: Джиллиан Килиани

Технология на основе магнонов

В эпоху искусственного интеллекта и интернета вещей традиционные методы обработки информации становятся недостаточно эффективными. Решением могут стать спиновые волны (магноны) — коллективные колебания спинов электронов, которые можно контролировать с помощью лазеров. Однако до сих пор учёные могли возбуждать магноны только на низких частотах, что ограничивало потенциал технологии.

Команда из Констанца нашла способ преодолеть это ограничение, научившись оптически возбуждать пары магнонов с самыми высокими частотами в материале. «Результат стал для нас огромной неожиданностью. Ни одна теория этого не предсказывала», — признаётся Боссини.

Автор: Джиллиан Килиани

Неожиданные эффекты

Метод позволяет не только изменять частоты и амплитуды магнонов, но и временно превращать материал в другой — с новыми свойствами. «Это меняет «магнитную ДНК» материала, его «отпечаток пальца», — объясняет Боссини. Ключевое преимущество — отсутствие нагрева, что критически важно для будущих систем хранения и передачи данных на терагерцовых частотах.

В качестве основы используется гематит — распространённый минерал железа, известный ещё со времён мореплавателей. Учёные предполагают, что их метод позволит создавать светоиндуцированные конденсаты Бозе-Эйнштейна из высокоэнергетических магнонов при комнатной температуре, открывая новые горизонты в квантовых исследованиях.

Дополнительная информация: Christoph Schönfeld et al, Dynamical renormalization of the magnetic excitation spectrum via high-momentum nonlinear magnonics, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv4207

Источник: University of Konstanz