Базель университеті мен ETH Zurich зерттеушілері арнайы ферромагнетиктің полярлығын фокустаған лазер сәулесі арқылы өзгерту әдісін ойлап тапты. Бұл технология жарықты пайдаланып, электрондық схемаларды тікелей чиптің үстінде жобалауға және қайта баптауға мүмкіндік береді.

Ферромагнетиктердің жұмыс принциптері

Ферромагнетиктер материал ішіндегі көптеген ұсақ магниттік моменттердің үйлесімді қозғалысы арқылы жұмыс істейді. Әр электронның өз спині бар, ол шағын магнит өрісін тудырады. Электрондардың спиндері бір бағытта орналасқанда, олардың бірлескен әсері күшті әрі тұрақты магнит түзеді — мысалы, компаста немесе тоңазытқыштың есігінде. Мұндай үйлесімділік тек спиндер арасындағы өзара әрекеттесу жылулық қозғалысты жеңе алатындай жеткілікті күшті болғанда ғана мүмкін болады. Белгілі бір критикалық температурадан төменде бұл өзара әрекеттесулер басым болады да, материал ферромагниттік күйге өтеді. Әдетте магниттің полярлығын өзгерту үшін оны осы температурадан жоғары қыздырып, кейін салқындатқанда спиндер жаңа бағытта орналасады, нәтижесінде магниттің бағыты өзгереді.

Лазер арқылы қыздырмай ауыстыру

Эксперименттер барысында ферромагниттік күйді тек жарықтың көмегімен, температураны көтермей-ақ қайта бағыттауға қол жеткізілді. Бұл үшін екі атомдық жұқа молибден дителлурид қабатынан тұратын материал қолданылды, қабаттар бір-біріне аздап бұрылып орналастырылған, бұл ерекше электрондық қасиеттерге әкеледі.

Топологиялық күйлер және бұралған кванттық материалдар

Осындай бұралған құрылымда электрондар топологиялық күйлерге ұйымдаса алады, олар түбегейлі өзгеше және бір-біріне біртіндеп ауыса алмайды. Эксперименттерде электрондарды оқшаулағыш сияқты немесе металл секілді электр өткізетін күйлер арасында баптауға мүмкіндік туды. Екі жағдайда да электрондар арасындағы өзара әрекеттесу олардың спиндерін параллель бағыттауға әкеліп, ферромагниттік күй қалыптастырды.

Магниттік күйлерді динамикалық басқару

Лазерлік импульс магниттің полярлығын ғана емес, сонымен қатар микроскопиялық материалда жаңа ішкі шекаралар түзіп, топологиялық ферромагниттік күйдегі аймақтар қалыптастыра алады. Бұл процесті қайталап, жүйенің магниттік және топологиялық қасиеттерін динамикалық басқаруға болады.

Полярлықтың өзгеруін растау

Микрометрлік өлшемдегі ферромагниттің полярлығын өзгерткенін растау үшін екінші, әлсіздеу лазер сәулесі қолданылды. Шағылған жарықты талдау арқылы электрондардың спиндерінің бағытын анықтауға мүмкіндік туды.

Қолдану перспективалары

Дамытылған әдіс чипте кез келген және бейімделетін топологиялық схемаларды оптикалық түрде жазуға мүмкіндік береді. Мұндай схемалар өте әлсіз электромагниттік өрістерді анықтайтын шағын интерферометрлерді қамти алады, бұл жоғары дәлдіктегі сенсорлық технологиялар үшін жаңа мүмкіндіктер ашады.