Ny indsigt i, hvordan lys interagerer med magneter for bedre sensorer og hukommelsesteknologi

Professor Amir Capua, leder af Spintronics Lab ved Institute of Applied Physics and Electrical Engineering ved Hebrew University of Jerusalem, annoncerede et afgørende gennembrud inden for lys-magnetisme-interaktioner. Holdets uventede opdagelse afslører en mekanisme, hvor en optisk laserstråle styrer den magnetiske tilstand i faste stoffer, hvilket lover håndgribelige anvendelser i forskellige industrier.

"Dette gennembrud markerer et paradigmeskifte i vores forståelse af samspillet mellem lys og magnetiske materialer," sagde professor Capua. "Det baner vejen for lysstyret, højhastighedshukommelsesteknologi, især Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) og innovativ udvikling af optiske sensorer. Faktisk signalerer denne opdagelse et stort spring i vores forståelse af lys-magnetisme dynamik."

Forskningen udfordrer konventionel tænkning ved at optrevle det oversete magnetiske aspekt af lys, som typisk får mindre opmærksomhed på grund af magneternes langsommere respons sammenlignet med lysstrålingens hurtige opførsel.

Gennem deres undersøgelse afslørede holdet en ny forståelse:den magnetiske komponent af en hurtigt oscillerende lysbølge besidder evnen til at kontrollere magneter, hvilket omdefinerer princippet om fysiske relationer. Interessant nok blev en elementær matematisk relation, der beskriver styrken af ​​interaktionen, identificeret og forbinder amplituden af ​​lysets magnetiske felt, dets frekvens og energiabsorptionen af ​​det magnetiske materiale.

Opdagelsen er tæt forbundet med kvanteteknologiernes rige og kombinerede principper fra to videnskabelige samfund, der indtil videre kun havde lidt overlap. "Vi nåede frem til denne forståelse ved at bruge principper, der er veletablerede inden for kvantecomputere og kvanteoptiksamfund, men mindre i spintronik- og magnetismesamfundene," sagde Capua.

Samspillet mellem et magnetisk materiale og stråling er veletableret, når de to er i perfekt ligevægt. Men situationen, hvor der er både stråling og magnetisk materiale, der ikke er i ligevægt, er indtil videre blevet beskrevet meget delvist.

Dette ikke-ligevægtsregime er kernen i kvanteoptik og kvantecomputerteknologier. Fra vores undersøgelse af dette ikke-ligevægtsregime i magnetiske materialer, mens vi låner principper fra kvantefysikken, har vi understøttet den grundlæggende forståelse af, at magneter endda kan reagere på lysets korte tidsskalaer. Desuden viser interaktionen sig at være meget betydningsfuld og effektiv.

"Vores resultater kan forklare en række eksperimentelle resultater, der er blevet rapporteret i de sidste 2-3 årtier," forklarede Capua.

"Denne opdagelse har vidtrækkende implikationer, især inden for dataregistrering ved hjælp af lys og nanomagneter," sagde professor Capua. "Det antyder den potentielle realisering af ultrahurtig og energieffektiv optisk styret MRAM og et seismisk skift i informationslagring og -behandling på tværs af forskellige sektorer."

Desuden introducerede holdet i takt med denne opdagelse en specialiseret sensor, der er i stand til at detektere den magnetiske del af lys. I modsætning til traditionelle sensorer tilbyder dette banebrydende design alsidighed og integration på tværs af forskellige applikationer, hvilket potentielt revolutionerer sensor- og kredsløbsdesign, der udnytter lys på forskellige måder.

Forskningen blev udført af Benjamin Assouline, en ph.d. kandidat i Spintronics Lab, som spillede en afgørende rolle i denne opdagelse. I erkendelse af den potentielle virkning af deres gennembrud, har teamet ansøgt om adskillige relaterede patenter.

Flere oplysninger: Benjamin Assouline et al., Helicitetsafhængig optisk kontrol af magnetiseringstilstanden, der fremkommer fra Landau-Lifshitz-Gilbert-ligningen, Physical Review Research (2024). DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013012

Journaloplysninger: Physical Review Research

Leveret af Hebrew University of Jerusalem