Forskere skifter materiale fra en tilstand til en anden med et enkelt lysglimt

Forskere fra Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory og Massachusetts Institute of Technology har demonstreret en overraskende enkel måde at vende et materiale fra en stat til en anden, og så tilbage igen, med enkelte blink af laserlys.

Denne koblingsadfærd ligner det, der sker i magnetiske datalagringsmaterialer, og ved at lave kontakten med laserlys kunne man tilbyde en ny måde at læse og skrive information på i næste generations datalagringsenheder, blandt andre hidtil usete applikationer, siger Nuh Gedik, undersøgelsens hovedforsker ved MIT. Holdet rapporterede deres resultater i dag i Videnskab fremskridt .

Frosne elektronbølger

I dagens enheder, information gemmes og hentes ved at vende elektronernes spin med et magnetfelt. "Men her vendte vi en anden materiel egenskab kendt som ladningstæthedsbølger, "siger Alfred Zong, en kandidatstuderende i Gediks gruppe og en af ​​undersøgelsens hovedforfattere.

Opladningsdensitetsbølger er periodiske toppe og dale i måden, hvorpå elektroner fordeles i et materiale. De er ubevægelige, som iskolde bølger på en frossen sø. Forskere ønsker at lære mere om disse bølger, fordi de ofte sameksisterer med andre interessante materielle egenskaber, såsom evnen til at lede elektricitet uden tab ved relativt høje temperaturer, og kan muligvis være relateret til disse ejendomme.

Den nye undersøgelse fokuserede på tantal disulfid, et materiale med ladningstæthed bølger, der alle er orienteret i samme retning i det, der kaldes alfa -tilstand. Da forskerne zappede en tynd krystal af materialet med en meget kort laserpuls, nogle af bølgerne vendte ind i en beta -tilstand med en anden elektronorientering, og alfa- og beta -regionerne blev adskilt af domænevægge. Et andet lysglimt opløste domænevæggene og returnerede materialet til sin rene alfa -tilstand.

Overraskende materialeskift

Disse ændringer i materialet, som aldrig var set før, blev opdaget med SLACs instrument til ultrahurtig elektrondiffraktion (UED), et højhastigheds "elektronkamera", der sonderer bevægelserne i et materiales atomstruktur med en kraftig stråle af meget energiske elektroner.

"Vi ledte efter andre effekter i vores eksperiment, så vi blev fuldstændig overrasket, da vi så, at vi kan skrive og slette domænevægge med enkelte lyspulser, "siger Xijie Wang, leder af SLACs UED -gruppe.

Anshul Kogar, en postdoktor i Gediks gruppe, siger, "Domænevæggene er en særlig interessant funktion, fordi de har egenskaber, der adskiller sig fra resten af ​​materialet." For eksempel, de kan spille en rolle i den drastiske ændring, der ses i tantaldisulfids elektriske modstand, når den udsættes for ultrakorte lysimpulser, som tidligere blev observeret af en anden gruppe.

SLAC -videnskabsmand Xiaozhe Shen, en af ​​undersøgelsens hovedforfattere på Wangs team, siger, "UED gav os mulighed for i detaljer at analysere, hvordan domænerne dannede sig over tid, hvor store de var, og hvordan de blev fordelt i materialet. "

Forskerne fandt også ud af, at de kan finjustere processen ved at justere temperaturen på krystallen og lyspulsens energi, giver dem kontrol over materialekontakten. I et næste trin, holdet ønsker at få endnu mere kontrol, for eksempel ved at forme lyspulsen på en måde, så den muliggør generering af bestemte domænemønstre i materialet.

"Det faktum, at vi kan tune et materiale på en meget enkel måde, virker meget grundlæggende, "Wang siger." Så grundlæggende, faktisk, at det kunne vise sig at være et vigtigt skridt i retning af at bruge lys til at skabe de nøjagtige materialegenskaber, vi ønsker. "