Лазерный импульс переключает магнит в прорывном эксперименте

Исследователи из Базельского университета и ETH Zurich продемонстрировали способ изменения полярности специализированного ферромагнетика с помощью сфокусированного лазерного луча. Это открывает путь к созданию электронных схем, которые можно будет проектировать и перенастраивать прямо на чипе с помощью света.

Обычно для изменения магнитной полярности материал нужно нагреть выше критической температуры. Команда под руководством профессора Томаша Смоленьского и профессора Атача Имамоглу добилась переориентации, используя только свет, без нагрева. Результаты опубликованы в журнале Nature.

«Что захватывает в нашей работе, так это то, что мы объединяем три большие темы современной физики конденсированного состояния в одном эксперименте: сильные взаимодействия между электронами, топологию и динамическое управление», — говорит Имамоглу.

Учёные работали с искусственным материалом из двух атомарно тонких слоёв органического полупроводника дителлурида молибдена, уложенных со смещением. В этой скрученной структуре электроны могут организовываться в топологические состояния.

«Наш главный результат заключается в том, что мы можем использовать лазерный импульс для изменения коллективной ориентации спинов», — говорит аспирант ETH Цюрих Оливье Хубер. В то время как более ранние работы показывали, что отдельные спины электронов можно манипулировать светом, это исследование демонстрирует переключение полярности целого ферромагнетика сразу. «Это переключение было постоянным, и, более того, топология влияет на динамику переключения», — добавляет Смоленьский.

Лазер не только переворачивает магнит, но и может создавать новые внутренние границы в микроскопическом материале, определяя области с топологическим ферромагнитным состоянием. Этот процесс можно повторять, динамически управляя как магнитными, так и топологическими свойствами системы.

«В будущем мы сможем использовать наш метод для оптической записи произвольных и адаптируемых топологических схем на чипе», — говорит Смоленьский. Такие схемы могут включать миниатюрные интерферометры для обнаружения чрезвычайно слабых электромагнитных полей, открывая новые возможности для технологий прецизионных измерений.