Investigadors de la Universitat de Basilea i de l'ETH de Zuric han aconseguit canviar la polaritat d'un ferroimant especial mitjançant un raig làser. En el futur, aquest mètode es podria utilitzar per crear circuits electrònics adaptables amb llum.
En un ferroimant, les forces combinades funcionen. Perquè una agulla de la brúixola apunti cap al nord o un imant de la nevera s'enganxi a la porta de la nevera, una infinitat d'electrons giren al seu interior, cadascun dels quals només crea un petit camp magnètic, tots han d'alinear-se en la mateixa direcció. Això passa per interaccions entre els girs, que han de ser més forts que el moviment tèrmic desordenat dins del ferroimant. Si la temperatura del material està per sota d'un valor crític, esdevé ferromagnètic.
Per contra, per canviar la polaritat d'un ferroimant, normalment cal escalfar-lo per sobre de la seva temperatura crítica. Els girs electrònics es poden reorientar i, després de refredar-se, el camp magnètic del ferroimant finalment apunta en una direcció diferent.
Un equip d'investigadors dirigit pel Prof. Dr. Tomasz Smoleński de la Universitat de Basilea i Prof. Dr. Ataç Imamoğlu de l'ETH de Zuric ara ha aconseguit aconseguir aquesta re-orientació utilitzant només llum-sense calefacció. Van publicar els seus resultats aNatura.
Interaccions i topologia
"El que és emocionant del nostre treball és que combinem els tres grans temes de la física moderna de la matèria condensada en un sol experiment: fortes interaccions entre els electrons, la topologia i el control dinàmic", diu Imamoğlu.
Per aconseguir-ho, els investigadors van utilitzar un material especial format per dues capes fines-d'hòsties de ditelurur de molibdè semiconductor orgànic, que estan lleugerament retorçades l'una respecte a l'altra.
En aquests materials, es poden formar els-estats topològics anomenats. Simplement parlant, els estats topològics es poden caracteritzar en funció del seu aspecte: una bola (sense forat) o un donut (un forat). És important destacar que una bola no es pot convertir en un bunyol mitjançant una simple deformació, el que significa que els estats topològics es defineixen de manera inequívoca i permanent.
En els nous experiments co-supervisats per Smoleński i Imamoğlu, els electrons es podrien ajustar entre aquests estats topològics que són aïllants i estats metàl·lics que són conductors. Notablement, les interaccions fan que els girs d'electrons en ambdós estats s'alinein paral·lels entre si, convertint el material en un ferroimant.
"El nostre principal resultat és que podem utilitzar un pols làser per canviar l'orientació col·lectiva dels girs", diu Olivier Huber, Ph.D. estudiant de l'ETH, que va dur a terme els experiments juntament amb el seu col·lega Kilian Kuhlbrodt i Tomasz Smoleński. Fa uns anys, això ja s'havia fet per a electrons individuals, però ara s'ha aconseguit el "canvi" o canvi de polaritat de tot el ferroimant.
"Aquest canvi va ser permanent i, a més, la topologia influeix en la dinàmica de commutació", diu Smoleński.
Descobriu les últimes novetats en ciència, tecnologia i espai amb over100.000 subscriptorsque confien en Phys.org per obtenir informació diària. Subscriu-te al nostre butlletí gratuït i rebràs actualitzacions sobre avenços, innovacions i investigacions importants-diària o setmanalment.
Subscriu-te
Control dinàmic del ferroimant
D'aquesta manera, el pols làser també es pot utilitzar per dibuixar noves línies de límit, dins de les quals es troba l'estat ferromagnètic topològic. Això es pot fer repetidament, de manera que és possible un control dinàmic de les propietats topològiques i ferromagnètiques.
Per demostrar que el minúscul ferroimant, que només té una mida d'uns pocs micròmetres, havia canviat realment la seva polaritat, els investigadors van mesurar la reflexió d'un segon feix làser molt més feble. Aquesta reflexió va revelar l'orientació dels girs electrònics.
"En el futur, podrem utilitzar el nostre mètode per escriure òpticament circuits topològics arbitraris i adaptables en un xip", diu Smoleński. Aquest enfocament es podria utilitzar per crear interferòmetres minúsculs, amb els quals es poden mesurar camps electromagnètics extremadament petits.
