Манипулирането на ултракъси лазерни импулси на твърди магнитни състояния предефинира разбирането на оптомагнитната динамика

Наскоро едно скорошно проучване демонстрира неоткрита досега връзка между светлината и магнетизма, откритие, което ще осигури ефективен път за бъдещото раждане на свръхбърза технология за съхранение, контролирана от светлина, и креативна оптомагнитна сензорна технология, потенциално революционизираща начина, по който кои устройства се произвеждат и как данните се съхраняват в множество сектори.

Проучването идва от изследователския екип на Амир Капуа, професор и директор на лабораторията по спинтроника в Института по приложна физика и електротехника към Еврейския университет в Йерусалим. Изследването разкрива процеса, чрез който лазерен лъч манипулира магнитното състояние на твърдо тяло, сигнализирайки за промяна на парадигмата в човешкото разбиране за взаимодействието между светлината и магнитните материали.
(Промяна на парадигмата: е дълбока промяна, която включва фундаментална промяна в моделите на мислене, ценностите и начините на познание. Подобно на промяната в теоретичните рамки или теоретичните системи в науката, промяната на парадигмата предполага преразглеждане на това как се разбират нещата и подновяване на начина, по който са описани. Това изисква от нас да преоценим фундаментално съществуващите концепции, теории и практики, което от своя страна напредва в областта като цяло.)
Свят, в който светлината и магнетизмът танцуват заедно
Както всички знаем, светлината и магнетизмът изглеждат два много различни физически феномена, но всъщност са тясно свързани. Светлината, невидимият източник на енергия, може незабавно да измине хиляди мили; и магнетизмът, мистериозното силово поле, може да насочва обектите да се движат по насочен начин. Взаимодействието между тях е като мълчаливото сътрудничество между танцьори, тихи, но изпълнени със сила.
Светлината, със своята двойственост вълна-частица, може да се движи със скоростта на светлината и да предава енергия. Магнетизмът, от друга страна, е силовото поле, генерирано, когато електроните се въртят около ядрото на атома. Но когато светлината срещне магнетизма, се случва нещо прекрасно. Светлината е в състояние да предизвика магнитна реакция, а магнетизмът може да повлияе на разпространението на светлината. Сякаш между тях съществува невидима връзка, която си влияе и взаимодейства.
Това взаимодействие е още по-забележително в микроскопичния свят. Когато фотон срещне магнит, има странен резонанс между двете. Този резонанс не е обикновен обмен на енергия, а по-дълбоко ниво на взаимно проникване и интеграция. Заедно те изграждат сложно и организирано електромагнитно поле, което позволява всичко във Вселената да бъде свързано.
Тази връзка, която съществува не само в микрокосмоса, се простира и в макрокосмоса. В нашия живот светлината и магнетизмът се използват навсякъде. От компаси до мобилни телефони, от телевизори до компютри, взаимодействието между светлина и магнетизъм е незаменимо. Те позволяват информацията да се предава и светът да функционира.
Способността на бързо осцилиращи светлинни вълни да манипулират магнити
Предефиниране на фундаменталните физически взаимодействия
Неочаквано това ново изследване предефинира разбирането за взаимодействието светлина-магнит и представлява голям скок напред в човешкото разбиране на фотомагнитната динамика.
Откритието на екипа разкрива нова теория: способността на магнитния компонент на бързо осцилиращите светлинни вълни да манипулира магнитите предефинира фундаменталните физически взаимодействия, които отдавна са били пренебрегвани, тъй като магнитите реагират по-бавно от светлинното излъчване. Преди това, когато магнитните материали и оптичното излъчване бяха в перфектно равновесие, беше потвърдено съществуването на взаимодействие между двете. Но досега връзката между светлинното лъчение и неравновесните магнитни материали е описана много накратко.
Разбираемо е, че изследователският екип твърди, че има проста математическа връзка между амплитудата, честотата и енергийното поглъщане на магнитните материали, която описва силата на взаимодействието. Това осъзнаване се постига чрез използване на принципи, които са добре установени в общностите на квантовите компютри и квантовата оптика, но не и в общностите на спинтрониката и магнетизма
Основният принцип на квантовите изчисления и квантовата оптика е нов начин за използване на свойствата и законите в квантовата механика за обработка и пренос на информация. Този нов начин може да ни помогне да постигнем по-ефективна и мощна обработка на информация и изчислителни възможности, както и да ни помогне да разберем и използваме по-добре поведението на светлината.
В квантовите изчисления ние използваме квантов бит като основна изчислителна единица, която има специална способност да бъде в две състояния, 0 и 1, едновременно, което се нарича състояние на суперпозиция. Като използваме това свойство на състоянието на суперпозиция, можем да извършим по-ефективна и мощна обработка на информация и изчисления.
А в квантовата оптика ние изучаваме поведението и свойствата на светлината на квантово ниво. Феномени като частиците на светлината, интерференцията и дифракцията на светлината могат да бъдат описани на езика на квантовата механика. Чрез тези изследвания можем да разберем по-добре поведението на светлината и да използваме това разбиране за разработване на нови технологии и приложения.
Следователно изследователският екип използва концепции от квантовата физика, за да изследва неравновесни състояния в магнитни материали, като същевременно демонстрира основната идея, че магнитите могат да реагират на светлина в кратки времеви мащаби. За достатъчно силни ултракъси лазерни импулси намагнитването може да реагира в рамките на оптичния период, така че е необходимо само да се вземе предвид LLG уравнението (LLG уравнението е фундаментално уравнение, описващо динамичното поведение на магнитите и се използва широко в магнетизма, електромагнетизма, и други полета.) в оптичното магнитно поле може да се постигне оптичен контрол на намагнитването.
Това заключение е от голямо революционно значение и проправя пътя за развитието на оптично контролирани технологии за високоскоростно съхранение, особено магниторезистивна памет с произволен достъп (MRAM) и иновативни оптични сензори.