Fizycy z MGU nauczyli się kierować światłem za pomocą nanomagnesów

Rosyjscy fizycy nauczyli się kierować ruchem światła za pomocą pól elektrycznych i specjalnych nanomagnesów, czytamy w artykule opublikowanym w czasopiśmie Scientific Reports.

Przez ostatnie dziesięciolecia fizycy aktywnie studiują kwantowe właściwości elektronów i atomów i starają się dostosować je do tworzenia urządzeń elektronicznych. W konwencjonalnej mikroelektronice informacja jest reprezentowana przez ładunek elektryczny. W elektronice spinowej, albo spintronice, informacja jest prezentowana za pomocą spinu elektronu — kierunku obrotu cząstki.

Nikołaj Chochłow z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego im. M.W. Łomonosowa, jego koledzy z uniwersytetu i członkowie Rosyjskiego Centrum Kwantowego zrobił duży krok w kierunku stworzenia takich systemów, opracowując metodykę, która pozwala na wykorzystanie pola elektrycznego i magnesów do manipulowania światłem.

Według naukowców żelazo i wiele innych magnetycznych materiałów składa się ze specjalnych obszarów, które są nazywane „domenami”. Spiny elektronów w tych obszarach są obrócone w kierunku przeciwnym do kierunku spinów w sąsiednich domenach. Dzięki temu żelazo nie posiada własnego pola magnetycznego w stanie spoczynku, ale może się namagnesować po umieszczeniu w zewnętrznym polu magnetycznym.

Już w XX wieku naukowcy odkryli, że granice pomiędzy domenami, tak zwane „ściany domen”, przy pewnych warunkach można przesuwać w dowolnym kierunku. Takie zmiany, jak odkryli rosyjscy fizycy, mogą być wykorzystane do manipulowania właściwościami światła w nanoskali przy użyciu efektu polaryzacji w polu magnetycznym, odkrytym jeszcze przez Michaela Faradaya w XIX wieku.

Naukowcy zademonstrowali działanie takiego urządzenia, które nazwali „modulatorem Faraday’a”. Wykorzystuje on igłę o grubości około pięć razy mniejszej od ludzkiego włosa i powłokę z materiału magnetycznego z żelaza, bizmutu, galu i lutetu. Przepuszczając światło przez taką błonę i zmieniając ładunek igły można w dowolny sposób zmieniać kierunek jego polaryzacji i wykorzystać to do przesyłania i zapisu danych.

Jak zaznacza Chochłow, podejście jego grupy pozwala na przesunięcie granic domen na bardzo małe odległości, bez naruszania sąsiednich domen, czego wcześniej nie udało się osiągnąć innym fizykom, którzy próbowali wykorzystać ten efekt. Według niego to „sprawia, że ​​zaproponowana koncepcja jest bardzo obiecująca dla nanofotoniki i spintroniki”.

Teraz Chochłow i jego współpracownicy próbują zrozumieć, jak często można „przełączać” domeny i czy uda się wykorzystać to podejście do stworzenia bardzo szybkich systemów łączności. Jak sądzą naukowcy, wykorzystanie magnetycznych metamateriałów pozwoli osiągnąć częstotliwość przełączenia domen blisko tysiąca GHz, co utoruje drogę do stworzenia ultraszybkich komputerów optycznych.