Manipulácia s ultrakrátkymi laserovými pulzmi pevných magnetických stavov nanovo definuje chápanie optomagnetickej dynamiky

Nedávna štúdia nedávno preukázala doteraz neobjavený vzťah medzi svetlom a magnetizmom, čo je objav, ktorý poskytne efektívnu cestu pre budúci zrod ultrarýchlych svetelne riadených úložných technológií a kreatívnej technológie optomagnetických senzorov, čo môže spôsobiť revolúciu v spôsobe ktoré zariadenia sa vyrábajú a ako sa údaje ukladajú vo viacerých sektoroch.

Štúdia pochádza od výskumného tímu Amira Kapuu, profesora a riaditeľa Spintronics Laboratory na Inštitúte aplikovanej fyziky a elektrotechniky na Hebrejskej univerzite v Jeruzaleme. Štúdia odhaľuje proces, ktorým laserový lúč manipuluje s magnetickým stavom pevnej látky, čo signalizuje posun paradigmy v ľudskom chápaní interakcie medzi svetlom a magnetickými materiálmi.
(Posun paradigmy: je hlboká zmena, ktorá zahŕňa zásadný posun v spôsoboch myslenia, hodnôt a spôsobov poznania. Podobne ako zmena v teoretických rámcoch alebo teoretických systémoch vo vede, zmena paradigmy znamená opätovné preskúmanie toho, ako sa veciam rozumejú a obnovenie ich opisu. Vyžaduje si to zásadné prehodnotenie existujúcich konceptov, teórií a praktík, čo zase posúva oblasť ako celok dopredu.)
Svet, kde svetlo a magnetizmus tancujú spolu
Ako všetci vieme, svetlo a magnetizmus sa zdajú byť dva veľmi odlišné fyzikálne javy, no v skutočnosti sú úzko prepojené. Svetlo, neviditeľný zdroj energie, dokáže okamžite prejsť tisíce kilometrov; a magnetizmus, tajomné silové pole, môže viesť predmety k smerovému pohybu. Interakcia medzi nimi je ako tichá spolupráca medzi tanečníkmi, tichá, ale plná sily.
Svetlo sa svojou vlnovo-časticovou dualitou môže pohybovať rýchlosťou svetla a prenášať energiu. Na druhej strane magnetizmus je silové pole generované, keď elektróny rotujú okolo jadra atómu. Ale keď sa svetlo stretne s magnetizmom, stane sa niečo úžasné. Svetlo je schopné spustiť magnetickú reakciu a magnetizmus môže ovplyvniť šírenie svetla. Akoby medzi nimi existovalo neviditeľné puto, ktoré sa navzájom ovplyvňujú a interagujú.
Táto interakcia je ešte pozoruhodnejšia v mikroskopickom svete. Keď fotón narazí na magnet, vznikne medzi nimi zvláštna rezonancia. Táto rezonancia nie je jednoduchou výmenou energie, ale hlbšou úrovňou vzájomného prenikania a integrácie. Spoločne budujú komplexné a organizované elektromagnetické pole, ktoré umožňuje všetko vo vesmíre prepojiť.
Toto spojenie, ktoré existuje nielen v mikrokozme, zasahuje aj do makrokozmu. V našich životoch sa svetlo a magnetizmus používajú všade. Od kompasov po mobilné telefóny, od televízorov po počítače, interakcia medzi svetlom a magnetizmom je nevyhnutná. Umožňujú prenos informácií a fungovanie sveta.
Schopnosť rýchlo oscilujúcich svetelných vĺn manipulovať s magnetmi
Predefinovanie základných fyzikálnych interakcií
Tento nový výskum neočakávane redefinuje chápanie interakcie svetlo-magnet a predstavuje veľký skok vpred v ľudskom chápaní fotomagnetickej dynamiky.
Objav tímu odhaľuje novú teóriu: schopnosť magnetickej zložky rýchlo oscilujúcich svetelných vĺn manipulovať s magnetmi nanovo definuje základné fyzikálne interakcie, ktoré boli dlho prehliadané, pretože magnety reagujú pomalšie ako svetelné žiarenie. Predtým, keď boli magnetické materiály a optické žiarenie v dokonalej rovnováhe, existencia interakcie medzi nimi bola potvrdená. Ale doteraz bol vzťah medzi svetelným žiarením a nerovnovážnymi magnetickými materiálmi opísaný len veľmi stručne.
Rozumie sa, že výskumný tím tvrdí, že medzi amplitúdou, frekvenciou a absorpciou energie magnetických materiálov existuje jednoduchý matematický vzťah, ktorý popisuje silu interakcie. Táto realizácia sa dosahuje použitím princípov, ktoré sú dobre zavedené v komunitách kvantových počítačov a kvantovej optiky, ale nie v komunitách spintroniky a magnetizmu.
Základným princípom kvantových výpočtov a kvantovej optiky je nový spôsob využitia vlastností a zákonitostí v kvantovej mechanike na spracovanie a prenos informácií. Tento nový spôsob nám môže pomôcť dosiahnuť efektívnejšie a výkonnejšie spracovanie informácií a výpočtové schopnosti, ako aj pomôcť nám lepšie pochopiť a využiť správanie svetla.
V kvantových výpočtoch používame ako základnú jednotku výpočtu kvantový bit, ktorý má špeciálnu schopnosť byť súčasne v dvoch stavoch, 0 a 1, čo sa nazýva stav superpozície. Využitím tejto vlastnosti superpozície stavu môžeme vykonávať efektívnejšie a výkonnejšie spracovanie a výpočty informácií.
A v kvantovej optike študujeme správanie a vlastnosti svetla na kvantovej úrovni. Javy ako časticová povaha svetla, interferencia a difrakcia svetla sa dajú opísať jazykom kvantovej mechaniky. Prostredníctvom týchto štúdií môžeme lepšie pochopiť správanie svetla a využiť toto pochopenie na vývoj nových technológií a aplikácií.
Výskumný tím preto využil koncepty z kvantovej fyziky na štúdium nerovnovážnych stavov v magnetických materiáloch a zároveň demonštroval základnú myšlienku, že magnety môžu reagovať na svetlo v krátkom časovom rozsahu. Pre dostatočne silné ultrakrátke laserové impulzy môže magnetizácia reagovať v optickej perióde, takže je potrebné zvážiť iba rovnicu LLG (Rovnica LLG je základná rovnica popisujúca dynamické správanie magnetov a je široko používaná v magnetizme, elektromagnetizme, a iné polia.) v optickom magnetickom poli možno dosiahnuť optickú kontrolu magnetizácie.
Tento záver má veľký revolučný význam a pripravuje pôdu pre vývoj opticky riadených vysokorýchlostných úložných technológií, najmä magnetorezistentnej pamäte s priamym prístupom (MRAM) a inovatívnych optických senzorov.