Ultraīsas lāzera impulsa manipulācijas ar cietiem magnētiskiem stāvokļiem no jauna definē izpratni par optomagnētisko dinamiku

Nesen veikts pētījums parādīja līdz šim neatklātas attiecības starp gaismu un magnētismu, atklājumu, kas nodrošinās efektīvu ceļu īpaši ātras gaismas kontrolētas uzglabāšanas tehnoloģijas un radošas optomagnētisko sensoru tehnoloģijas attīstībai, kas potenciāli mainīs ceļu kuras ierīces tiek ražotas un kā dati tiek glabāti vairākos sektoros.

Pētījums nāk no Jeruzalemes Ebreju universitātes Lietišķās fizikas un elektrotehnikas institūta profesora un Spintronikas laboratorijas direktora Amira Kapua pētnieku grupas. Pētījums atklāj procesu, kurā lāzera stars manipulē ar cietas vielas magnētisko stāvokli, norādot uz paradigmas maiņu cilvēka izpratnē par gaismas un magnētisko materiālu mijiedarbību.
(Paradigmas maiņa: ir pamatīgas izmaiņas, kas ietver fundamentālas izmaiņas domāšanas modeļos, vērtībās un izzināšanas veidos. Tāpat kā izmaiņas teorētiskajos ietvaros vai teorētiskajās sistēmās zinātnē, paradigmas maiņa nozīmē lietas izpratnes atkārtotu pārbaudi un to apraksta atjaunošana. Tas liek mums fundamentāli pārvērtēt esošās koncepcijas, teorijas un prakses, kas savukārt uzlabo jomu kopumā.)
Pasaule, kurā gaisma un magnētisms dejo kopā
Kā mēs visi zinām, gaisma un magnētisms, šķiet, ir divas ļoti atšķirīgas fiziskas parādības, taču patiesībā tās ir cieši saistītas. Gaisma, neredzams enerģijas avots, var acumirklī nobraukt tūkstošiem jūdžu; un magnētisms, noslēpumainais spēka lauks, var virzīt objektus virzītos virzienos. Viņu savstarpējā mijiedarbība ir kā klusējoša, bet spēka pilna dejotāju sadarbība.
Gaisma ar savu viļņu daļiņu dualitāti var pārvietoties ar gaismas ātrumu un pārraidīt enerģiju. No otras puses, magnētisms ir spēka lauks, kas rodas, elektroniem rotējot ap atoma kodolu. Bet, kad gaisma satiekas ar magnētismu, notiek kaut kas brīnišķīgs. Gaisma spēj izraisīt magnētisku reakciju, un magnētisms var ietekmēt gaismas izplatīšanos. It kā starp viņiem pastāv neredzama saikne, kas ietekmē un mijiedarbojas vienam ar otru.
Šī mijiedarbība ir vēl ievērojamāka mikroskopiskajā pasaulē. Kad fotons sastopas ar magnētu, starp tiem rodas dīvaina rezonanse. Šī rezonanse nav vienkārša enerģijas apmaiņa, bet gan dziļāks savstarpējas iespiešanās un integrācijas līmenis. Kopā viņi izveido sarežģītu un sakārtotu elektromagnētisko lauku, kas ļauj savienot visu Visumā.
Šis savienojums, kas pastāv ne tikai mikrokosmosā, attiecas arī uz makrokosmosu. Mūsu dzīvē gaisma un magnētisms tiek izmantoti visur. No kompasiem līdz mobilajiem tālruņiem, no televizoriem līdz datoriem – gaismas un magnētisma mijiedarbība ir neaizstājama. Tie ļauj pārraidīt informāciju un darboties pasaulei.
Ātri svārstīgo gaismas viļņu spēja manipulēt ar magnētiem
Fundamentālo fizisko mijiedarbību pārdefinēšana
Negaidīti šis jaunais pētījums no jauna definē izpratni par gaismas magnētu mijiedarbību un ir liels solis uz priekšu cilvēka izpratnē par fotomagnētisko dinamiku.
Komandas atklājums atklāj jaunu teoriju: strauji svārstīgo gaismas viļņu magnētiskā komponenta spēja manipulēt ar magnētiem no jauna nosaka fundamentālas fiziskās mijiedarbības, kas jau sen ir ignorētas, jo magnēti reaģē lēnāk nekā gaismas starojums. Iepriekš, kad magnētiskie materiāli un optiskais starojums bija pilnīgā līdzsvarā, tika apstiprināta mijiedarbības esamība starp abiem. Taču līdz šim attiecības starp gaismas starojumu un nelīdzsvarotiem magnētiskiem materiāliem ir aprakstītas tikai ļoti īsi.
Tiek saprasts, ka pētnieku grupa apgalvo, ka pastāv vienkārša matemātiska sakarība starp magnētisko materiālu amplitūdu, frekvenci un enerģijas absorbciju, kas raksturo mijiedarbības stiprumu. Šī atziņa tiek sasniegta, izmantojot principus, kas ir labi izveidoti kvantu skaitļošanas un kvantu optikas kopienās, bet ne spintronikas un magnētisma kopienās
Kvantu skaitļošanas un kvantu optikas pamatprincips ir jauns veids, kā izmantot kvantu mehānikas īpašības un likumus informācijas apstrādei un pārsūtīšanai. Šis jaunais veids var mums palīdzēt sasniegt efektīvākas un jaudīgākas informācijas apstrādes un skaitļošanas iespējas, kā arī palīdzēt mums labāk izprast un izmantot gaismas uzvedību.
Kvantu skaitļošanā kā skaitļošanas pamatvienību izmantojam kvantu bitu, kam ir īpaša spēja vienlaikus atrasties divos stāvokļos 0 un 1, ko sauc par superpozīcijas stāvokli. Izmantojot šo superpozīcijas stāvokļa īpašumu, mēs varam veikt efektīvāku un jaudīgāku informācijas apstrādi un aprēķinus.
Un kvantu optikā mēs pētām gaismas uzvedību un īpašības kvantu līmenī. Kvantu mehānikas valodā var aprakstīt tādas parādības kā gaismas daļiņu raksturs, traucējumi un gaismas difrakcija. Izmantojot šos pētījumus, mēs varam labāk izprast gaismas uzvedību un izmantot šo izpratni, lai izstrādātu jaunas tehnoloģijas un lietojumprogrammas.
Tāpēc pētnieku grupa izmantoja kvantu fizikas koncepcijas, lai pētītu nelīdzsvara stāvokļus magnētiskos materiālos, vienlaikus parādot pamatideju, ka magnēti var reaģēt uz gaismu īsā laika posmā. Pietiekami spēcīgiem ultraīsiem lāzera impulsiem magnetizācija var reaģēt optiskā perioda laikā, tāpēc ir jāņem vērā tikai LLG vienādojums (LLG vienādojums ir fundamentāls vienādojums, kas apraksta magnētu dinamisko uzvedību, un to plaši izmanto magnētismā, elektromagnētismā, un citi lauki.) optiskajā magnētiskajā laukā var panākt magnetizācijas optisko vadību.
Šim secinājumam ir liela revolucionāra nozīme, un tas paver ceļu optiski vadāmu ātrgaitas uzglabāšanas tehnoloģiju, īpaši magnetoresistīvās brīvpiekļuves atmiņas (MRAM) un inovatīvu optisko sensoru attīstībai.