Hemmeligheden bag at gøre tingene bedre? Skyd det med en laser

Hurtigere computere. Mere effektive solpaneler. Mere kraftfulde elbiler.

Forskere ved Northeastern er med til at gøre disse teknologiske fremskridt til virkelighed. De udvikler måder at ændre de elektriske og magnetiske egenskaber af materialer, der bruges til at skabe kredsløb, der driver den elektronik, vi bruger til hverdag.

"Den slags ideer, vi udforsker, giver os en måde at få mere ud af et materiale, " siger Gregory Fiete, en fysikprofessor ved Northeastern. "Vi kunne tage materialer, der kan være almindeligt brugt i elektronik, som silicium eller galliumarsenid i din smartphone, og vi kan få dem til at gøre ting, som de ikke gør lige nu."

Materialer som silicium har hjulpet forskere med at bygge pålidelige, lavpris, energieffektive kredsløb til at drive vores elektronik. Fysikere arbejder på de næste fremskridt ved hjælp af nye, mere komplekse materialer. I de seneste år, de har været i stand til at ændre, hvordan disse nye materialer leder elektricitet eller interagerer med lys, blandt andet, ved at placere dem i nærheden af ​​en stærk magnet eller forbinde dem til et batteri. Dette har åbnet op for nye muligheder for at udvikle den næste generation af elektronik.

Nu, Fiete og hans ph.d.-studerende Michael Vogl har demonstreret en teoretisk måde at forudsigeligt ændre disse elektriske og magnetiske egenskaber ved at skyde materialet med en laser.

Et materiales egenskaber, herunder om det er en effektiv leder af elektricitet, afhænger af placeringen af ​​elektronerne i den. Et konstant magnetfelt eller en strøm fra et batteri kan ændre dette arrangement. En laser kan gøre det samme, men det er lidt mere kompliceret at forudsige. Lasere er velorganiserede bølger af lys; de elektromagnetiske felter, de skaber, svinger konstant.

"Når lyspulsen bevæger sig gennem et materiale, det ændrer materialets egenskaber på en meget dramatisk måde, og ofte på meget korte tidsskalaer, " siger Fiete. "Det arbejde, vi har udført, hjælper os med at forstå, hvilken slags puls vi skal bruge for at få visse ønskede effekter."

Lysets evigt skiftende natur kan også hjælpe fysikere med at flytte materialerne til nye tilstande, som ikke kan tilgås med andre metoder. Nogle af disse nye tilstande kan gøre et materiale mere følsomt over for elektriske eller magnetiske felter, som kunne bruges til at forbedre medicinsk teknologi og sikkerhedssensorer. Andre kan gøre det mere effektivt at transportere information, som kunne bruges til at fremskynde internetforbindelser.

"Det, vi gør i mit samfund, er at prøve at forstå de grundlæggende principper, som naturen fungerer efter, " siger Fiete. "Så bliver de principper opfanget af, sige, elektriske ingeniører, der ønsker at bruge dem til at bygge en sensorenhed eller en kommunikationsenhed. Det spreder sig opad og udad til mange forskellige sektorer."